Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса
Розглянуто алгоритм проведення досліджень з встановлення особливостей формування викидонебезпечності на пологих порушених пластах. На основі застосування синергетичного під- ходу була запропонована робоча гіпотеза формування викидоне- безпечності на пологих пластах. Експериментально доведені правомі...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18059 |
| 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: | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса / Н.Н. Киселёв, А.Г. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 373-382. Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859687457422835712 |
|---|---|
| author | Киселёв, Н.Н. Радченко, А.Г. |
| author_facet | Киселёв, Н.Н. Радченко, А.Г. |
| citation_txt | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса / Н.Н. Киселёв, А.Г. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 373-382. Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Розглянуто алгоритм проведення досліджень з встановлення особливостей формування викидонебезпечності на пологих порушених пластах. На основі застосування синергетичного під- ходу була запропонована робоча гіпотеза формування викидоне- безпечності на пологих пластах. Експериментально доведені правомірність застосування основних положень робочої гіпотези і коефіцієнтів мінливості ряду параметрів з метою диференціації окремих ділянок вугільних пластів за ступенем їх викидонебезпечності.
The algorithm for conducting investigations to define features of forming outburst hazard at flat faulted seams is considered. Based on the use of synergetic approach a working hypothesis related to forming of outburst hazard at flat seams was proposed. Appropriateness of the use of basic provisions of the working hypothesis and coefficients of variation of a number of parameters with the aim of differentiation of separate areas of coal seams by the degree of their outburst hazard were proved experimentally.
|
| first_indexed | 2025-11-30T23:18:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
373
УДК 622. 831.322:635
ПРИМЕНЕНИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА К
УСТАНОВЛЕНИЮ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ
ВЫБРОСООПАСНОСТИ В УСЛОВИЯХ ПОЛОГИХ
НАРУШЕННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ДОНБАССА
Киселёв Н. Н.
(НТЦ «ОНиС при УкрНИМИ НАНУ», г. Донецк, Украина),
Радченко А. Г.
(МакНИИ, г. Макеевка, Украина)
Розглянуто алгоритм проведення досліджень з встановлен-
ня особливостей формування викидонебезпечності на пологих
порушених пластах. На основі застосування синергетичного під-
ходу була запропонована робоча гіпотеза формування викидоне-
безпечності на пологих пластах. Експериментально доведені
правомірність застосування основних положень робочої гіпоте-
зи і коефіцієнтів мінливості ряду параметрів з метою диферен-
ціації окремих ділянок вугільних пластів за ступенем їх викидоне-
безпечності.
The algorithm for conducting investigations to define features of
forming outburst hazard at flat faulted seams is considered. Based on
the use of synergetic approach a working hypothesis related to form-
ing of outburst hazard at flat seams was proposed. Appropriateness of
the use of basic provisions of the working hypothesis and coefficients
of variation of a number of parameters with the aim of differentiation
of separate areas of coal seams by the degree of their outburst hazard
were proved experimentally.
В 1834 году во Франции на шахте «Исаак» был зарегистри-
рован первый выброс угля и газа. С тех пор проблеме борьбы с
внезапными выбросами угля и газа были посвящены работы мно-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
374
гих исследователей. В настоящее время общепринятой теорией
проявления выбросов является энергетическая теория
В. В. Ходота, согласно которой выброс угля и газа происходит
под совместным действием двух факторов: горного давления и
газа, содержащегося в угле. Наряду с успехами, достигнутыми в
области борьбы с внезапными выбросами угля и газа, следует от-
метить ряд недостатков.
1) Недостаточно широко освещены вопросы системного
подхода при анализе формирования выбросоопасности пластов.
2) Не в полной мере учитывается термодинамическое со-
стояние угольного пласта.
3) Мало внимания уделено вопросу количественного описа-
ния степени неоднородности, степени изменчивости параметров,
характеризующих свойства и состояния выбросоопасного пласта.
Горный массив является сложной самоорганизующейся сис-
темой. Примерами эффективного изучения поведения сложных
систем на основе синергетического подхода могут служить рабо-
ты [1, 2, 3].
С позиций синергетики рассмотрим горный массив как сис-
тему: «вмещающие породы – угольный пласт – газ, содержащий-
ся в угле». В данной системе нам необходимо выделить наиболее
характерные свойства, описывающие поведение системы. Рабо-
тами многих исследователей (М. А. Садовский, А. Н. Зорин,
А. Э. Петросян, В. В. Ходот, И.М. Петухов, Ж. Матерон и
др.) установлено, что основным фундаментальным свойством
горного массива является его неоднородность.
Анализ различных теорий, гипотез и взглядов о природе вы-
бросоопасности, а также анализ работ В. В. Ходота, Ж. Матерона,
А. Е. Ольховиченко и других исследователей позволил разрабо-
тать рабочую гипотезу особенностей формирования и проявления
выбросоопасности угольных пластов с учетом степени их неод-
нородности, степени изменчивости основных параметров, описы-
вающих поведение пласта [4]. Основные положения рабочей ги-
потезы сводятся к следующему. На неопасных участках пласта
параметры, характеризующие пласт, стабильны, стационарны,
имеют низкую изменчивость; участок считается однородным,
стабильным по свойствам и состояниям. На участках с повышен-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
375
ной потенциальной выбросоопасностью параметры изменяются
неравномерно, не стационарно, скачкообразно; участок является
неоднородным по своим свойствам и состояниям. На таком уча-
стке энергия в угольном пласте перераспределяется неравномер-
но, поведение всей системы: «вмещающие породы - угольный
пласт-газ, содержащийся в угле» не стабильно. Чем выше степень
неоднородности, изменчивости свойств и состояний угольного
пласта и вмещающих пород, тем выше степень потенциальной
выбросоопасности пласта. Таким образом, степень изменчивости
свойств и состояний угольного пласта и вмещающих пород опре-
деляют степень потенциальной выбросоопасности пласта.
В качестве управляющего параметра системы нами выбраны
степень неоднородности, степень изменчивости свойств и со-
стояний угольного пласта. В качестве параметров порядка, кото-
рые математически описывают поведение пласта, нами выбраны
абсолютные значения первых разностей в числовом ряду ⎜∆′ ⎜, а
также абсолютные значения первых разностей амплитуд иссле-
дуемого параметра в числовом ряду - ⎜∆′A ⎜,(рис. 1). Выбранные
параметры порядка ⎜∆′ ⎜, ⎜∆′A ⎜позволяют с достаточной для ин-
женерных расчетов точностью описать поведение исследуемого
параметра (например, изменение мощности угольного пласта –
m; изменение начальной скорости газовыделения из шпуров – gн
и т.д.). В работе [3] указывается, что впереди движущегося забоя
выработки происходят волновые процессы, которые вызывают
квазипериодические изменения свойств и состояний угольного
пласта. Выбранные нами параметры порядка адекватно реагиру-
ют на квазипериодические изменения свойств и состояний уголь-
ного пласта, так как учитывают пространственное расположение
каждой точки числового ряда. Более подробно теоретическое
обоснование и правомерность предложенного подхода к исследо-
ванию выбросоопасности рассмотрены в работах [5, 6].
Для определения параметров состояния системы необходи-
мо выбрать основные факторы, характеризующие выбросоопас-
ность угольного пласта. К этим факторам мы отнесли следую-
щие: 1) физико-механические свойства пласта; 2) напряжённое
состояние пласта; 3) газодинамическое состояние пласта; 4) тер-
модинамическое состояние пласта. На эти основные факторы
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
376
оказывают существенное воздействие дополнительные влияющие
факторы: геологическое строение пласта и вмещающих пород,
тектонические процессы, геомеханические процессы (в т.ч. вол-
новые процессы), технология ведения горных работ (рис. 1).
Рис. 1. Алгоритм проведения исследований по установле-
нию особенностей формирования и проявления вы-
бросоопасности на пологих нарушенных угольных
пластах
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
377
К геомеханическим факторам относятся: глубина залегания
пласта; мощность пласта; углы падения пласта; структура пласта;
влажность пласта; зольность; сернистость; выход летучих ве-
ществ; толщина пластического слоя; комплексный показатель
степени метаморфизма угля, состав пород кровли и почвы и т.д.
В результате многократно происходящих в горном массиве про-
цессов сформировались многочисленные зоны горно-
геологических нарушений (зоны ГГН): седиментационные,
структурные, пликативные, разрывные и их различное сочетание.
Геомеханические процессы, происходящие впереди проводимой
выработки, а также процессы осадoк непосредственной и основ-
ной кровли в выработанном пространстве имеют волновой харак-
тер и оказывают воздействие на перераспределение напряжений,
как по пласту, так и во вмещающих породах.
К технологическим факторам относятся: системы подготов-
ки и разработки пласта; глубина разработки пласта; зоны повы-
шенного горного давления, створы лав, места сопряжений выра-
боток, ниши и т.д. В результате технологии ведения горных работ
на отдельных участках угольного пласта создаются дополнитель-
ные напряжения.
Геологические, тектонические, геомеханические и техноло-
гические факторы оказывают существенное влияние на основные
факторы, во многих случаях способствуют усилению степени не-
однородности, степени изменчивости угольного пласта. С учётом
выше сказанного, нами был выбран оптимальный комплекс па-
раметров, которые наиболее полно характеризуют свойства и со-
стояния пласта. Выбранный комплекс параметров позволяет дос-
товерно описывать изменения, происходящие в призабойной час-
ти пласта. В этом комплексе в качестве параметров состояния
нами выбраны следующие показатели:
1. Показатели, характеризующие физико-механические
свойства пласта: крепость угля; – разрушаемость угля; интенсив-
ность трещиноватости угля – (йодный показатель); толщина пла-
стического слоя; комплексный показатель степени метаморфизма
угля.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
378
2. Показатели, характеризующие напряженное состояние
пласта: весовой выход штыба; диаметр шпура, величина зоны
разгрузки, определяемая по методике динамики газовыделения.
3. Показатели, характеризующие газовое состояние пласта:
начальная скорость газовыделения из шпуров; природная газо-
носность пласта, начальная скорость газоотдачи угля; скорость
десорбции газа из угольного штыба; концентрация гелия в соста-
ве газов, отобранных из шпура; выход летучих веществ.
4. Показатели, характеризующие термодинамическое со-
стояние угольного пласта: температура угля в шпурах (скважи-
нах); температура штыба, отобранного из шпура; температура
поверхности угольного пласта.
Каждый из вышеперечисленных параметров состояния пла-
ста по мере подвигания забоя характеризуется изменением чи-
словых характеристик. Исследованию изменчивости характери-
стик угольных пластов (m, L и др.) посвящены работы
В. Н. Волкова, К. В. Миронова, В. И. Смирнова, Д. А. Родионова,
В. Е. Забигайло и многих других. Оценка изменчивости парамет-
ров состояния выполняется только методами математической
статистики с использованием классических параметрических
критериев: среднего арифметического значения параметра ;
дисперсии - σ2; среднеквадратического отклонения - σ; коэффи-
циентов вариации – Квар. Сравнение двух участков угольного
пласта ведётся по критериям Стьюдента – S и Фишера – F. Но, в
то же самое время, в своих работах известнейший авторитет в об-
ласти исследования геометрии недр – В. А. Букринский подчёр-
кивает, что показатели σ и Квар – статистические характеристики
и не учитывают геометрии размещения показателей. Поэтому,
количественное более точное определение степени изменчивости
параметра, обусловленное совокупным влиянием многих факто-
ров, для конкретного разрабатываемого участка угольного пласта
является важной практической задачей.
Для решения поставленной задачи были выбраны непара-
метрические критерии, известные в морфометрии, это коэффици-
енты изменчивости параметра. Формулы для определения коэф-
фициентов изменчивости – Киз исследуемого параметра были
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
379
предложены в ряде работ М. А. Протодъяконовым,
И. П. Шараповым и А. С. Власовым, соответственно:
; (1925 г.), (1)
; (1952 г.), (2)
; (1958 г.), (3)
где: Σ ⎜∆′⎜ – сумма абсолютных значений первых разностей
в числовом ряду анализируемого параметра;
К – количество первых разностей;
L – длина проекции исследуемого профиля, м;
– среднее арифметическое анализируемого параметра.
Эффективность применения Киз, рассчитанного, например,
по формуле 2, покажем на конкретных примерах. Путём матема-
тического моделирования выполним сравнение трёх различных
участков угольного пласта. На каждом из участков №№ 1, 2, 3
получены числовые значения мощности – m и начальной скоро-
сти газовыделения из шпуров - gн; исходные данные приведены в
табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные для сравнения 3-х участков по m и gн
Числовые значения мощности и газовыде-
ления
Наименование вы-
борки / № точек из-
мерений 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
М-1 0,8 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2
М-2 0,8 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,2 1,1 1,0 0,9
М-3 0,8 0,9 1,1 1,2 1,1 0,9 0,8 1,0 1,0 1,2
gн -1 1,5 1,5 2,5 2,0 3,0 3,5 3,0 4,0 4,5 4,5
gн -2 1,5 2,5 3,0 3,0 3,5 4,0 4,5 4,5 2,0 1,5
gн -3 1,5 3,0 4,0 4,5 1,5 3,0 3,5 4,5 2,5 2,0
Результаты статистической обработки данных по мощности
показали следующее.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
380
Изменчивость мощности пласта в выборке М-3 составила
Киз = 0,133, т.е. в 3 раза выше, чем в выборке М-1, (Киз = 0,044),
см. табл. 2 и рис. 2.
Таблица 2
Результаты статистического сравнения 3-х участков по m и gн
Наименование
выборки а 2σ σ Квар,
% Кизм
М-1 1,0 0,02 0,141 14,1 0,044
М-2 1,0 0,02 0,141 14,1 0,078
М-3 1,0 0,02 0,141 14,1 0,133
gн -1 3,0 1,15 1,072 35,7 0,556
gн -2 3,0 1,15 1,072 35,7 0,667
gн -3 3,0 1,15 1,072 35,7 1,278
Изменчивость начальной скорости газовыделения – gн на
всех трёх участках одинакова – по показателям: а ; 2σ ;σ и Квар.
По показателю Киз изменчивость gн на участке gн-3 составила
Киз=1,278; т.е. более чем в 2 раза превышает изменчивость gн на
участке gн-1, см. табл. 2; (Киз=0,556).
Проверка эффективности применения Киз в шахтных усло-
виях приведена в ряде работ, в частности в [6].
Так в условиях ПО «Донецкуголь», ш/у «Донбасс» на шахте
«Заперевальная-2» на пласте h10 в монтажной нише разрезного
ходка 5-й западной лавы были выполнены измерения gн и Не, % в
скважинах: а) до торпедирования угольного пласта; б) после тор-
педирования. Результаты статистической обработки измерений
показали следующее. После торпедирования значения коэффици-
ентов изменчивости по начальной скорости газовыделения –
Киз(gн) уменьшились в 2,5 3,0 раза; а значения Киз по концен-
трации гелия в шпурах уменьшились в 2,0 3,5 раза.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
381
Рис. 2. Изменение мощности пласта на трех различных уча-
стках
Уменьшение значений Киз (gн) и Киз (Не, %) указывает на
увеличение стабильности участка, произошло снижение газонос-
ности пласта. Газодинамические показатели по gн и Hе, %
уменьшились, числовые выборки стали более однородными и
стабильными. Так, до торпедирования среднее арифметическое
значение величины зоны разгрузки составило = 3,0 м, а после
торпедирование оно было равно = 10,0 м.
Ряд других примеров применения Киз в различных горно-
геологических условиях для разных параметров приведен в рабо-
те [6].
Выполненные шахтные экспериментальные исследования
подтвердили правомерность применения синергетического под-
хода к исследованию выбросоопасности и позволили сделать
следующий вывод: чем выше степень изменчивости свойств и со-
стояний угольного пласта, обусловленная совокупным влиянием
многих факторов, тем выше степень его потенциальной выбросо-
опасности.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
382
СПИСОК ССЫЛОК
1. Хакен Г. Информация и самоорганизация: макроскопический
подход к сложным системам: Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. –
240 с.
2. Вылегжанин В. Н., Егоров П. В., Мурашев В. И. Структурные
модели горного массива в механизме геомеханических про-
цессов / Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990.- 295 с.
3. Ильяшов М. А., Усаченко Б. М., Яланский А. А, Левит В. В.,
Паламарчук Т. А., Кириченко В. Я., Сершенко В. Н., Усачен-
ко В. Б. Закономерности самоорганизации грунтовых и пород-
ных массивов, ослабленных подземными выработками // Мате-
риалы международной конференции «Форум горняков –
2008» – Д.: национальный горный университет, 2008.- С. 59-72.
4. Радченко А. Г. Повышение надежности ведения текущего
прогноза в зонах геологических нарушений на пологих шах-
топластах Донбасса. // Способы и средства создания безопас-
ных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сб. научн.
трудов МакНИИ, - 1993,- с. 21-27.
5. Бобров А. И., Агафонов А. В., Радченко А. Г., Евдокимова В. П.
Применение системных методов при исследовании выбросо-
опасности пологих нарушенных шахтопластов. // Способы и
средства создания безопасных и здоровых условий труда в
угольных шахтах. Сб. научн. трудов МакНИИ, - 1996, - с. 8-15.
6. Рубинский А. А., Приходько В. М., Радченко А. Г. Повыше-
ние надежности прогнозирования выбросоопасности пологих
нарушенных угольных пластов. // Способы и средства созда-
ния безопасности и здоровых условий труда в угольных шах-
тах. Сб. научн. трудов МакНИИ, - 1995, - с. 102-110.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18059 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T23:18:15Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Киселёв, Н.Н. Радченко, А.Г. 2011-03-16T22:14:26Z 2011-03-16T22:14:26Z 2009 Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса / Н.Н. Киселёв, А.Г. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 373-382. Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18059 622. 831.322:635 Розглянуто алгоритм проведення досліджень з встановлення особливостей формування викидонебезпечності на пологих порушених пластах. На основі застосування синергетичного під- ходу була запропонована робоча гіпотеза формування викидоне- безпечності на пологих пластах. Експериментально доведені правомірність застосування основних положень робочої гіпотези і коефіцієнтів мінливості ряду параметрів з метою диференціації окремих ділянок вугільних пластів за ступенем їх викидонебезпечності. The algorithm for conducting investigations to define features of forming outburst hazard at flat faulted seams is considered. Based on the use of synergetic approach a working hypothesis related to forming of outburst hazard at flat seams was proposed. Appropriateness of the use of basic provisions of the working hypothesis and coefficients of variation of a number of parameters with the aim of differentiation of separate areas of coal seams by the degree of their outburst hazard were proved experimentally. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса Article published earlier |
| spellingShingle | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса Киселёв, Н.Н. Радченко, А.Г. |
| title | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса |
| title_full | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса |
| title_fullStr | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса |
| title_full_unstemmed | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса |
| title_short | Применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов Донбасса |
| title_sort | применение синергетического подхода к установлению особенностей формирования выбросоопасности в условиях пологих нарушенных угольных пластов донбасса |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18059 |
| work_keys_str_mv | AT kiselevnn primeneniesinergetičeskogopodhodakustanovleniûosobennosteiformirovaniâvybrosoopasnostivusloviâhpologihnarušennyhugolʹnyhplastovdonbassa AT radčenkoag primeneniesinergetičeskogopodhodakustanovleniûosobennosteiformirovaniâvybrosoopasnostivusloviâhpologihnarušennyhugolʹnyhplastovdonbassa |