Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия
Дослідження процесів у вуглепородному масиві шляхом системних вимірів концентрації метану виробки та сейсмоакустичного моніторингу стану гірських порід дозволило 
 встановити явище самоорганізації після гідродінамічної дії. Research of processes in a coal file by system measurements of conce...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33013 |
| 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: | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия / К.К. Софийский, А.П. Петух, Э.И. Мучник, Д.М. Житленок, В.О. Московский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860195024655876096 |
|---|---|
| author | Софийский, К.К. Петух, А.П. Мучник, Э.И. Житленок, Д.М. Московский, В.О. |
| author_facet | Софийский, К.К. Петух, А.П. Мучник, Э.И. Житленок, Д.М. Московский, В.О. |
| citation_txt | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия / К.К. Софийский, А.П. Петух, Э.И. Мучник, Д.М. Житленок, В.О. Московский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Дослідження процесів у вуглепородному масиві шляхом системних вимірів концентрації метану виробки та сейсмоакустичного моніторингу стану гірських порід дозволило 
встановити явище самоорганізації після гідродінамічної дії.
Research of processes in a coal file by system measurements of concentration of methane of development and seismoacoustic monitoring of a condition of rocks has allowed to establish the phenomenon of synergetrics after hydrodynamic influence.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:08:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
"Геотехническая механика"
УДК 622.81.234.5(088.8)
К.К. Софийский, д.т.н.,
А.П. Петух, к.т.н., Э.И. Мучник, к.т.н.
(ИГТМ НАН Украины),
Д.М. Житленок, к.т.н.,
В.О. Московский, инж.
(ГП «Дзержинскуголь»)
ЯВЛЕНИЕ САМООРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ДЕГАЗАЦИИ И
ДЕФОРМАЦИИ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА ПОСЛЕ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Дослідження процесів у вуглепородному масиві шляхом системних вимірів концент-
рації метану виробки та сейсмоакустичного моніторингу стану гірських порід дозволило
встановити явище самоорганізації після гідродінамічної дії.
THE PHENOMENON OF SELF-ORGANIZING OF PROCESSES OF
DECONTAMINATION AND DEFORMATION УГЛЕПОРОДНОГО OF
THE FILE AFTER HYDRODYNAMIC INFLUENCE
Research of processes in a coal file by system measurements of concentration of methane of
development and seismoacoustic monitoring of a condition of rocks has allowed to establish the
phenomenon of synergetrics after hydrodynamic influence.
Украина обладает огромными запасами твердого топлива – угля, разве-
данные ресурсы которого составляют 46,5 млрд т, а общие – 117,5 млрд т.
Каждая тонна угля в зависимости от марочного состава содержит от 5 до 40
м
3
метана. Наши специалисты оценивают общие объемы метана в угле в 1,2
трлн м
3
, а с учетом газа и в породах, эта цифра достигает 25 трлн м
3
. Однако,
представляя одно из самых перспективных потенциальных источников энер-
гии, метан сегодня является источником постоянной опасности для шахтеров,
а также одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды.
Выполнение комплексной программы интенсификации газовыделения из
породно-угольного массива принесет следующие результаты:
освоение альтернативного вида топлива, которое уменьшает зависимость
Украины от импорта энергоносителей, прежде всего природного газа из Рос-
сии и других стран СНГ;
снижение объема выбросов метана (одного из наиболее сильных «парни-
ковых газов») в атмосферу угольными предприятиями Украины;
безопасность и большую продуктивность работы шахт.
Интенсификация газовыделения дает возможность существенно сократить
число аварий, травм и несчастных случаев в угольной промышленности Ук-
раины. Причинами гибели горняков являются внезапные выбросы угля и газа,
вызванные высокой газоносностью угля и пород, или взрывы в результате по-
вышения концентрации метана в атмосфере выработок. Дегазация угольных
пластов к началу горных работ и использование современных систем подзем-
ной дегазации способны значительно снизить аварийность и уровень смер-
тельного травматизма на шахтах. Кроме того, удаление метана из выработок
Выпуск № 82
увеличивает производительность работы и снижает себестоимость угля, по-
скольку уменьшается время простоев оборудования.
Объемы применения дегазации угольных шахт, важнейшего способа
борьбы с газом и проявлениями газодинамических явлений, не соответствуют
их газообильности, а применяемые методы и технологические схемы не обес-
печивают необходимого уровня газобезопасности, при этом эффективность
дегазации почти в два раза ниже, чем на зарубежных угледобывающих пред-
приятиях. Отставание в дегазации угольных шахт и ее низкая эффективность
сдерживают развитие подземной угледобычи, повышение концентрации гор-
ных работ и нагрузок на очистные забои, а также темпов проведения горных
выработок, хотя технические средства для улучшения этих показателей име-
ются и успешно применяются на зарубежных шахтах.
Для интенсификации газовыделения через скважины представляется наи-
более простым, эффективным и экологически чистым способ гидродинамиче-
ского воздействия, разработанный Институтом геотехнической механики
НАН Украины [1,2]. Он заключается в создании на границе с угольным мас-
сивом знакопеременных нагрузок водой, заполняющей пробуренную по углю
скважину, что приводит к частичному разрушению угля, разупрочнению его в
зоне влияния скважины и интенсификации газовыделения, благодаря созда-
нию градиента давления, образующегося при обратной фильтрации воды в
момент сброса давления в системе.
Для проведения работ по гидродинамическому воздействию на угольный
пласт
в
7l «Пугачевка-запад» из полевого штрека были пробурены шесть пар тех-
нологических скважин, по две на каждом пикете. Схема расположения скважин
представлена на рис.1. Условия заложения скважин представлены в табл. 1.
Рис.1 - Схема расположения технологических скважин
Расстояние между парами скважин варьировалось от 15 м до 53 м. Ниж-
ний ряд скважин бурился под углом от 12º до 18º к вертикальной плоскости, а
их длина составляла от 12 м до 16 м. Верхний ряд скважин бурился под углом
90º к вертикальной плоскости, их длина составляла от 30 м до 42 м. Все сква-
жины сооружались с перебуриванием пласта, диаметр скважин по углю –
96 мм. Длина скважин по породе составляла 6,5 м, диаметр 150 мм.
"Геотехническая механика"
Таблица 1 - Условия заложения скважин
№№
скважин
№№
пикетов
Расстояние
между сква-
жинами, м
Длина
скважин,
м
Угол накло-
на к верт.
плоскости,
град.
Дата гидроди-
намического
воздействия
1
ПК18+2 35
32 18 10.04.06
2 12 90 21.04.06
3
ПК21+3 24
35 15 02.07.06
4 15 90 25.06.06
5
ПК23+5 22
30 15 09.09.06
6 16 90 01.09.06
7
ПК28+8 53
36 12 18.12.06
8 21 90 12.12.06
9
ПК31+6 28
13,5 90 06.02.07
10 42 16 08.02.07
11
ПК35+6 40
12,5 90 18.06.07
12 32,7 17 27.07.07
Гидродинамическое воздействие через скважины производилось последо-
вательно в направлении движения лавы.
Воздействие осуществлялось в следующей последовательности: закрыва-
лась задвижка установки гидродинамического воздействия и насосной уста-
новкой создавалось давление в технологической скважине 2,0-7,0 МПА, затем
в течении 0,5-1,0 сек. производился его сброс и осуществлялся выпуск раз-
рушенного угля с водой и газом.
Сведения о результатах работы скважины представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Результаты работы скважин
№
№
скв.
К-во
цик-
лов
Масса
вы-
бра-
нного
угля, т
Общая
масса
угля по
кусту, т
Объем
извле-
ченного
газа до
начала
очистных
работ, м
3
Макси-
мум
акусти-
ческой
эмис-
сии
Дата гид-
родина-
мического
воздейст-
вия
Дата
начала
очист-
ных ра-
бот
Число су-
ток между
обработкой
и началом
очистных
работ
1 31 2,5
8,5 21,7 7,8
10.04.06
29.06.06 69
2 44 6,0 21.04.06
3 24 3,0
7,0 46,.8 5,1
02.07.06
20.07.06 27
4 42 4,0 25.06.06
5 17 0,4
0,8 20,9 5,3
09.09.06
27.10.06 48
6 30 0,4 01.09.06
7 17 5,0
11,5 23,2 3,3
18.12.06
18.02.07 60
8 25 6,5 12.12.06
9 37 8,0
17,0 29,5 5,1
06.02.07
15.05.07 97
10 19 9,0 08.02.07
11 31 2,0
5,5 27,2 2,6
18.06.07
17.07.07 20
12 52 3,5 27.06.07
Выпуск № 82
По данным среднесуточных концентраций метана были определены объе-
мы газа по каждой паре скважин и общий объем извлеченного газа:
ПК18+2 скважины 1-2 – 21715 м
3
;
ПК21+3 скважины 3-4 – 46823 м
3
;
ПК23+5 скважины 5-6 – 20966 м
3
;
ПК28+8 – скважины 7-8 – 23213 м
3
;
ПК31+6 скважины 9-10 – 29491 м
3
;
ПК35+6 скважины 11-12 – 27244 м
3
.
Всего 169482 м
3
.
Фоновый объем метана в выработке составляет 56861 м
3
.
Объем извлеченного газа, исключая фоновую составляет:
Vизвл.газа = 11262 м
3
.
Общий объем газа в зоне воздействия составляет:
Vобщ = S h γ χ,
где S – площадь зоны влияния скважин, м
2
; h – мощность пласта, м; γ – плот-
ность угля, т/м
3
; χ – природная газоносность, м
3
/т.
Vобщ = 321776 м
3
.
Коэффициент дегазации с учетом среднего фонового объема равен:
%.35
321776
100112621
ДК
Отработка пласта lВ
7-«Пугачевка-запад» проводилась под контролем зву-
коулавливающей аппаратуры «Украина» с января 1999 г. до конца декабря
2007 г. При этом гидродинамическое воздействие было применено перед от-
работкой пласта, начиная с апреля 2006 года до июля 2007 года.
За время отработки пласта до применения гидродинамического воздейст-
вия на участке произошло пять газодинамических явлений в нижней части
очистного забоя, при этом фиксировалось значительное газовыделение, а ха-
рактер сигналов, регистрируемых звукоулавливающей аппаратурой был ана-
логичен сигналам, регистрируемым при явлениях обрушения пород кровли
как в выработанном пространстве, так и в призабойной части угольного пла-
ста. Меры, применяемые для устранения указанных явлений, не дали желае-
мых результатов, поэтому было принято решение применить способ гидроди-
намического воздействия.
При гидродинамическом воздействии на угольный массив через скважину
нарушается его равновесное состояние в месте воздействия вследствие раз-
рушения и выхода части угля, что в свою очередь инициирует десорбцию и
"Геотехническая механика"
выход газа.
В ходе промышленно-экспериментальных работ осуществлялся контроль
изменений объемов выходящего из скважин газа и изменение состояния мас-
сива, фиксируемое значениями акустических сигналов.
Анализ исследуемых процессов показал следующее. Гидродинамическое
воздействие изначально нарушает равновесие в массиве и инициирует само-
организацию происходящих в нѐм процессов.
Наблюдается системная периодичность и последовательность деформаций
обработанной зоны и газовыделения. Оба явления происходят последова-
тельно, поддерживая некоторую неуравновешенность массива. Таким обра-
зом, гидродинамическое воздействие через скважину, проведенное в течение
1-2 суток инициирует процессы попеременного нарушения равновесия в мас-
сиве, который протекает в зоне влияния скважины, после чего затухает, дос-
тигая устойчивого равновесия. В данном случае мы наблюдаем явление, опи-
сываемое теорией синергетики - самоорганизацию сложной открытой систе-
мы взаимодействия горного давления, газосодержания и горно-геологических
факторов, которые изменяются во времени и пространстве. Синергетика рас-
сматривает закономерности поведения нелинейных открытых систем в со-
стоянии неустойчивости, что достаточно близко к реальным условиям обес-
печения безопасности проведения горных работ. Следует отметить, что газо-
динамическое явление также представляет собой самоорганизующийся про-
цесс, протекающий на большой площади и с большой скоростью. Гидроди-
намическое воздействие задает этому процессу малую скорость, попеременно
инициируя, перемещение зоны опорного давления и последующий выход не-
больших объемов газа, при этом процесс самоорганизации массива растяги-
вается на 20-30 суток, постепенно переводя его в невыбрособезопасное со-
стояние.
Ранее было теоретически обосновано, что можно не только контролиро-
вать процессы самоорганизации, но и управлять ими, создавая в массиве гор-
ных пород поле напряжений с определенными параметрами, и тем самым, до-
биваясь формирования таких литолого-геомеханических систем, которые бу-
дут обеспечивать своевременную дегазацию и деформацию углепородного
массива, что позволяет снизить вероятность газодинамических явлений и по-
высить эффективность и безопасность горных работ [3, 4].
Сейсмоакустический мониторинг изменения напряженно-деформированного
состояния углепородного массива в зоне влияния скважин
№ 1-12 пробуренных на пласт lВ
7-«Пугачевка-запад», был применен для
изучения процессов деформации и перемещения зоны максимального опор-
ного давления, происходящих в массиве после гидродинамического воздейст-
вия. Одновременно отслеживались процессы газовыделения в зоне влияния
каждой пары скважин. Анализ замеров акустической эмиссии и объемов газо-
выделения показал следующее.
После проведения гидродинамического воздействия в течение 2-3-х суток
идет снижение активности акустической эмиссии, затем она начинает расти и
Выпуск № 82
достигает значений, определяющих вход в опасную зону (рис. 2, 3).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2
2
,0
4
2
3
,0
4
2
4
,0
4
2
5
,0
4
2
6
,0
4
2
7
,0
4
2
8
,0
4
2
9
,0
4
3
0
,0
4
1
,0
5
2
,0
5
3
,0
5
4
,0
5
5
,0
5
6
,0
5
7
,0
5
8
,0
5
9
,0
5
1
0
,0
5
1
1
,0
5
1
2
,0
5
1
3
,0
5
1
4
,0
5
1
5
,0
5
1
6
,0
5
1
7
,0
5
1
8
,0
5
1
9
,0
5
2
0
,0
5
2
1
,0
5
Дата
Объем, м
3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9N
cp
Объем газа акустическая эмиссия
Рис. 2 - Динамика процессов газовыделения и деформации пласта l7
b
"Пугачевка-запад"
после гидродинамического воздействия через скважины №1 и №2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
24,06 26,06 28,06 30,06 2,07 4,07 6,07 8,07 10,07 12,07 14,07 16,07 18,07 20,07 22,07
Дата
Объем, м
3
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4Ncp
объем газа акустическая эмиссия
Рис. 3 - Динамика процессов газовыделения и деформации пласта l7
b
"Пугачевка-запад"
после гидродинамического воздействия через скважины №3 и №4
"Геотехническая механика"
Анализируя характер изменения процессов деформации массива и газовы-
деления из него, мы наблюдаем процесс самоорганизации: деформация созда-
ет условия для частичного газовыделения, что в свою очередь инициирует
импульс для последующей деформации.
Наиболее интенсивный синергетический характер протекания процессов
деформации и газовыделения в массиве наблюдается в зонах влияния сква-
жин №№ 1-2 и 3-4 (см. рис. 2, 3).
Следует отметить также, что после гидродинамической обработки масси-
ва, через скважины, расположенные в конце участка (скважины № 11-12) ак-
тивность процесса снижается, очевидно имеет место влияние скважин, обра-
ботанных ранее, т.е. процессы самоорганизации действуют на больших, чем
считалось ранее, расстояниях 30 м (рис. 4).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1
8
,1
1
9
,1
2
0
,1
2
1
,1
2
2
,1
2
3
,1
2
4
,1
2
5
,1
2
6
,1
2
7
,1
2
8
,1
2
9
,1
3
0
,1
1
,0
7
2
,0
7
3
,0
7
4
,0
7
5
,0
7
6
,0
7
7
,0
7
Дата
объем, м
3
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3Ncp
объем СН4, м3 акустическая эмиссия
Рис. 4 - Динамика процессов газовыделения и деформации пласта l7
b
"Пугачевка-запад"
после гидродинамического воздействия через скважины №11 и №12
Таким образом исследование процессов в углепородном массиве путем сис-
темных замеров концентрации метана в выработке и сейсмоакустического мони-
торинга состояния горных пород позволило установить явление саморганизации
после гидродинамического воздействия на массив и условия его протекания. По-
лученые результаты позволили определить безопасные условия проведения очи-
стных работ в выбросоопасных зонах потолкоуступных лав.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат, А.Ф. Концепция комплексной дегазации углепородного массива для условий шахты им. А.Ф.
Засядько [Текст] / А.Ф. Булат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / Ин-т Геотехнической меха-
ники НАН Украины. – Днепропетровск, 2002. – Вып. 37. – С. 10-17.
2. Научное открытие № 123. Закономерность разрушения пористых газонасыщенных тел при цикличе-
ском гидродинамическом воздействии [Текст] / К.К. Софийский, Е.Г. Барадулин, Э.И. Мучник, В.Г. Алек-
Выпуск № 82
сандров, Е.А. Воробьев // Научные открытия: Сборник кратких описаний.- 1999.- выпуск 2; – М.-Санкт-
Петербург. – 2000.- С.36-38.
3. Паламарчук Т.А. Теоретичні основи геофізичної діагностики геомеханічного стану породного масиву
з урахуванням синергетичних процесів / Т.А. Паламарчук // Автореферат дисертації на здобуття наукового
ступеня доктора технічних наук. – Дніпропетровськ: – 2002. – 35 с.
4. Волновые и резонансные явления в массиве горных пород / [Б.М. Усаченко, Т.А. Паламарчук, А.А.
Яланский, Н.Т. Бобро] // Импульсные процессы в механике сплошных сред. – Николаев: НАН Украины. –
1996. – 198 с.
Рекомендовано до публікації д.т.н Л.М. Васильєвим 18.08.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33013 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:08:19Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Софийский, К.К. Петух, А.П. Мучник, Э.И. Житленок, Д.М. Московский, В.О. 2012-05-26T17:17:01Z 2012-05-26T17:17:01Z 2009 Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия / К.К. Софийский, А.П. Петух, Э.И. Мучник, Д.М. Житленок, В.О. Московский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33013 622.81.234.5(088.8) Дослідження процесів у вуглепородному масиві шляхом системних вимірів концентрації метану виробки та сейсмоакустичного моніторингу стану гірських порід дозволило 
 встановити явище самоорганізації після гідродінамічної дії. Research of processes in a coal file by system measurements of concentration of methane of development and seismoacoustic monitoring of a condition of rocks has allowed to establish the phenomenon of synergetrics after hydrodynamic influence. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия The phenomenon of self-organizing of processes of decontamination and deformation углепородного of the file after hydrodynamic influence Article published earlier |
| spellingShingle | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия Софийский, К.К. Петух, А.П. Мучник, Э.И. Житленок, Д.М. Московский, В.О. |
| title | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия |
| title_alt | The phenomenon of self-organizing of processes of decontamination and deformation углепородного of the file after hydrodynamic influence |
| title_full | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия |
| title_fullStr | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия |
| title_full_unstemmed | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия |
| title_short | Явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия |
| title_sort | явление самоорганизации процессов дегазации и деформации углепородного массива после гидродинамического воздействия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33013 |
| work_keys_str_mv | AT sofiiskiikk âvleniesamoorganizaciiprocessovdegazaciiideformaciiugleporodnogomassivaposlegidrodinamičeskogovozdeistviâ AT petuhap âvleniesamoorganizaciiprocessovdegazaciiideformaciiugleporodnogomassivaposlegidrodinamičeskogovozdeistviâ AT mučnikéi âvleniesamoorganizaciiprocessovdegazaciiideformaciiugleporodnogomassivaposlegidrodinamičeskogovozdeistviâ AT žitlenokdm âvleniesamoorganizaciiprocessovdegazaciiideformaciiugleporodnogomassivaposlegidrodinamičeskogovozdeistviâ AT moskovskiivo âvleniesamoorganizaciiprocessovdegazaciiideformaciiugleporodnogomassivaposlegidrodinamičeskogovozdeistviâ AT sofiiskiikk thephenomenonofselforganizingofprocessesofdecontaminationanddeformationugleporodnogoofthefileafterhydrodynamicinfluence AT petuhap thephenomenonofselforganizingofprocessesofdecontaminationanddeformationugleporodnogoofthefileafterhydrodynamicinfluence AT mučnikéi thephenomenonofselforganizingofprocessesofdecontaminationanddeformationugleporodnogoofthefileafterhydrodynamicinfluence AT žitlenokdm thephenomenonofselforganizingofprocessesofdecontaminationanddeformationugleporodnogoofthefileafterhydrodynamicinfluence AT moskovskiivo thephenomenonofselforganizingofprocessesofdecontaminationanddeformationugleporodnogoofthefileafterhydrodynamicinfluence |