Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов
У статті описаний спосіб оцінки ефективності противикидних заходів заснований на вимірювання тиску метану та параметрів масопереносу у вугільних пластах при розкритті їх квершлагами. The paper describes a method for evaluating the effectiveness of measures measures against outburst based on measu...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54285 |
| 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: | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов / Г.П. Cтариков, В.В. Завражин, Я.В. Шажко, С.Е. Дегтярь, Ш.В. Мамлеев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 64-68. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859635631456518144 |
|---|---|
| author | Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Дегтярь, С.Е. Мамлеев, Ш.В. |
| author_facet | Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Дегтярь, С.Е. Мамлеев, Ш.В. |
| citation_txt | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов / Г.П. Cтариков, В.В. Завражин, Я.В. Шажко, С.Е. Дегтярь, Ш.В. Мамлеев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 64-68. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | У статті описаний спосіб оцінки ефективності противикидних заходів заснований на
вимірювання тиску метану та параметрів масопереносу у вугільних пластах при розкритті їх
квершлагами.
The paper describes a method for evaluating the effectiveness of measures measures against
outburst based on measuring the methane pressure and mass transfer parameters in the opening coal seams of crosscut.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:15:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
64
дження технології „Газового горизонту‖ вугільних шахт Донбасу / А.Ф. Булат, І.М. Наумко, І.М. Зінчук [та ін.]
// Геологія і геохімія горючих копалин. – Львів, 2005. № 2, – С.93-103.
25. Газогенерационные свойства углевмещающих пород Донбасса: результаты экспериментальных иссле-
дований / В.А. Привалов, В.А. Анциферов, Р.Ф. Саксенхофер, А. Изар // Геотехническая механика. Межвед. сб.
науч. трудов – 2008. № 80. – С. 270-284.
26. Маметова Л.Ф. Катагенез газоносних пісковиків Алмазно-Мар’ївського району Донбасу / Л.Ф. Мамето-
ва // Геотехническая механіка: межвед. сб. науч. Трудов - 2012.- № 102.- С. 183-189.
УДК 622.831:537.86
Д-р. техн. наук Г.П. Cтариков,
канд. техн. наук В.В. Завражин,
инженеры Я.В. Шажко, С.Е. Дегтярь
(ИФГП НАН Украины)
инж. Ш.В. Мамлеев
(ОП «Шахтерская-Глубокая»
ГП «Шахтерскантрацит»)
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ
МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ВСКРЫТИИ КРУТОНАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ
ПЛАСТОВ
У статті описаний спосіб оцінки ефективності противикидних заходів заснований на
вимірювання тиску метану та параметрів масопереносу у вугільних пластах при розкритті їх
квершлагами.
EVALUATION THE EFFECTIVENESS MEASURES AGAINST
OUTBURST BY OPENING STEEPLY INCLINED COAL SEAM
The paper describes a method for evaluating the effectiveness of measures measures against
outburst based on measuring the methane pressure and mass transfer parameters in the opening coal
seams of crosscut.
Предварительная оценка выбросоопасности и прогноз внезапных выбро-
сов важны для своевременного принятия соответствующих решений и установ-
ления необходимых методов ведения горных работ на выбросоопасных пла-
стах. Оценка выбросоопасности основывается на данных о свойствах горных
пород, их напряженном состоянии, изменении свойств и газонасыщенности в
процессе разработки.
Для предотвращения ГДЯ при вскрытии пластов стволами применяют
бурение дренажных скважин, возведение каркасной крепи, гидрорыхление
угольного пласта, а при вскрытии квершлагами и другими выработками кроме
этих способов еще и гидровымывание угольного пласта, образование разгру-
зочных полостей (щелей) во вмещающих породах [1, 2]. Критерии оценки эф-
фективности вышеперечисленных способов приведены в таблице 1.
Анализ представленных параметров свидетельствует, что вне зависимо-
сти от способов предотвращения ГДЯ при вскрытии угольных пластов кон-
троль эффективности мероприятий осуществляется по уровню давления метана
в угле. Естественно этот параметр при прочих равных условиях, является клю-
чевым как при прогнозе, так и при оценке эффективности мероприятий.
65
Таблица 1 -Способы предотвращения ГДЯ и критерии оценки их эффективности
Способы предотвращения
ГДЯ при вскрытии крутых
пластов
Параметр, характеризую-
щий эффективность способа
Предельное значение пара-
метра, характеризующего
эффективность способа
Вскрытие квершлагами и
другими выработками с бу-
рением дренажных скважин
Давление метана в пласте -
Р2
Рэф < 1 МПа
Вскрытие кворшлагами с
нагнетанием воды в пласт
Давление нагнетаемой воды
– Рн
Рэф ≤ Рн/1,3
Вскрытие квершлагами и
другими выработками с
гидровымыванием
Давление газа в 4-х метрах
за контуром выработки
Рэф < 1 МПа
Вскрытие квершлагами и
другими выработками с воз-
ведением каркасной крепи
Вскрытие квершлагами и
другими выработками с
гидродинамическим воздей-
ствием на пласт
Давление газа в 4-х метрах
за контуром выработки (Р2)
или скорость газовыделения
(q)
Рэф < 1 МПа
q ≤ 2 л/мин
Основным недостатком такого контроля эффективности является фактор
времени, связанного с ожиданием установления сорбционного равновесия ме-
тана в контрольных скважинах, что приводит к значительному количеству
ошибок первого рода (получено ГДЯ при прогнозе «безопасно»), и снижает до-
стоверность контроля эффективности. Так же не учитывается кинетика массо-
переноса метана в угле, являющаяся функцией фазового состояния, грануло-
метрического состава, скорости разгрузки вскрываемого пласта и других физи-
ческих и технологических факторов. Многообразие связей участвующих в газо-
выделении и вариации горно-геологических условий предопределяет необхо-
димость разработки аналитических моделей и решений, взамен существующих
эмпирических, не обладающих большой точностью.
Наиболее приемлемым направлением решения данной задачи является
метод десорбометрии, интегрально учитывающей кинетику процесса десорбции
метана из поровой системы угля в замкнутый объем [3].
В связи с этим основной целью работы является разработка способа
оценки эффективности противовыбросных мероприятий по параметрам массо-
переноса метана в угле и апробация их при вскрытии склонных к ГДЯ уголь-
ных пластов.
Для этого необходимо установить закономерности степени влияния про-
тивовыбросных мероприятий на газодинамическое состояние угольного масси-
ва и изменения кинетики десорбции метана в накопительные емкости в зависи-
мости от степени повреждения структуры.
Определение давления метана производится с использованием измерите-
66
ля ДС-03 [4] по методике, разработанной в ИФГП НАН Украины [5].
Для определения давления метана в угольном пласте отбор проб угля
необходимо проводить в интервале от 24 до 48 часов после проведения проти-
вовыбросных мероприятий. Для этого бурится шпур №1 (рис. 1) до пересечения
с угольным пластом и прорабатывается, то есть буровая штанга проворачивает-
ся без продвижения вперѐд до полного выхода горной массы. После этого
необходимо продолжить бурение шпура до полного перебуривания угольного
пласта и собрать измельчѐнный уголь, который высыпается из шпура, в кассету
из сит с ячейками – размеров 0,4мм; 0,5мм. Отсеять на ситах и гранулы разме-
ром 0,4÷0,5мм поместить в пробоотборники до полного их заполнения.
Производится поминутная фиксация показаний десорбции метана из угля
для каждой фракции. Таким же образом получаем и пробы угля из шпура №2.
Определение давления в кювете и параметров массопереноса метана в
угольном пласте должно производиться по показаниям десорбометра ДС-03.
Рис. 1 - Схема расположения скважин в забое подготовительной выработки при
вскрытии крутопадающих угольных пластов
Для определения коэффициента массопереноса метана необходимо ис-
пользовать две фракции угля размерами 0,4-0,5 мм и 1,0-1,6 мм. Замер прово-
дится на десорбометре ДС-03 аналогично замеру давления и количества метана
в пласте.
Расчет коэффициента массопереноса производится по формуле:
1
2
1
2
22
2
1
ln6
ln*ln*
P
P
t
PRPR
D (1)
где R1, R2 – размер фракций угля, мм; Р1, Р2 – относительное содержание метана
в угле двух фракций; t – время, сек.
Оценка эффективности противовыбросных мероприятий производится по
критерию:
67
B=0,44Pк+1,14*10
8
D≥4 (2)
где Рк - давление метана в кувете десорбометра; D - коэффициента массопере-
носа.
Если на каком-либо интервале отбора проб в любом из шпуров значение
В больше или равно 4, применяемые мероприятия не эффективны.
На рис. 2 представлены кривые изменения давления метана в кювете
прибора ДС-03 в зависимости от времени для двух фракций угля, полученные
при вскрытии пласта m3 «Толстый» шахты им. Румянцева.
0
300
600
900
0 100 200 300 400 500 600 700Время, с
Р, Па
0,4-0,5 мм
1,0-1,6 мм
Рис. 2 - Кривые изменения давления метана в кювете для двух фракций угля от вре-
мени для пласта m3 шахты им. Румянцева.
Используя уравнение (1) рассчитан коэффициент массопереноса метана
от времени. Полученные результаты представлены на рис. 3.
Для расчета критерия оценки эффективности противовыбросных меро-
приятий значения коэффициента массопереноса определяется на 60 секунде за-
мера. При этом критерий В составил 3,2, что соответствует не опасному состоя-
нию вскрываемого угольного пласта.
Критерий (2) апробировался при вскрытии 6 угольных пластов на 4 шах-
тах центрального района Донбасса. Результаты представлены в таблице 2.
Анализ результатов измерений и расчета критерия оценки газодинамиче-
ской активности и контроля эффективности вскрываемых угольных пластов
(табл. 2) свидетельствует, что не опасное по ГДЯ состояние достаточно надеж-
но определяется критерием (2).
Следует отметить пласт k8 – «Каменка» на шахте им. К.А. Румянцева,
вскрытие которого производилось под полной защитой и не требовало прогноза
выбросоопасности.
68
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 100 200 300 400 500 600 700 800Время, с
Dэфф, 10
-6
м
2
/с
Рис. 3 - График изменения коэффициента массопереноса метана от времени.
Таблица 2 - Результаты натурных наблюдений на шахтах Центрального района Донбасса
Шахта Пласт Рк, кПа
D, 10
-8
м
2
/с
В Прим.
им. В.И.Ленина k
н
7 1,6 2,7 3,8 Не прим.
им. К.А. Румянцева k7 2,2 1,7 2,9 Не прим.
им. К.А. Румянцева k8 2,0 1,5 2,0 Под защитой
им. К.А. Румянцева m3 1,0 2,6 3,4 Не прим
им. Ф.Э. Дзержинского m3 2,1 1,7 2,9 Эффектив.
Северная l6 1,8 2,3 3,4 Не прим.
Тем не менее, расчет по разработанному критерию показал значение В =
2,0, характеризующее не опасное по ГДЯ состояние. При вскрытии пласта l6 –
«Известнячка» на ш. «Северная», производившегося с прогнозом выбросоопас-
ности было зафиксировано, по данным прогноза, не опасное по ГДЯ состояние.
Разработанный критерий подтвердил результаты стандартного способа прогно-
за. В целом проведенные исследования позволили обосновать критерий оценки
эффективности противовыбросных мероприятий вскрываемых угольных пла-
стов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ДНАОП 1.I.30 – 1.XX.04. Киев. 2004. – 195 с. Безопасное ведение работ на пластах, склонных к га-
зодинамическим явлениям.
2. СОУ 100.1.00174088.011 – 2005. Киев. 2005. – 224 с. Правила ведения горных работ на пластах,
склонных к газодинамическим явлениям.
3. Стариков Г.П. Применение интегральной десорбометрии для диагностики параметров массоперено-
са метана в угле. / Г.П. Стариков, В.А. Васильковский, В.В. Завражин [и др.] // Физико-технические проблемы
горного производства. – 2010. – Вып. 13. – С. 66 – 74.
4. А.с. № 96884 UA, МПК (2011.01) Е21F5/00 Пристрій для виміру тиску й газоємкості вугільного
пласта / А.Д. Алєксєєв, В.О. Васильковський, Г.П. Стариков [та ін.] – Вісник Інститута фізики гірничих проце-
сів НАН Украіни. – Заявл. 06.12.2010. – Опубл. 12.12.2011. – Бюл. №23.
5. Шажко Я.В. Експрес-метод визначення тиску та кількості метану у вугільних пластах./ Я.В. Шажко
// Физико-технические проблемы горного производства: Донецк.- 2011.-Вып. 14. с. 60-67.
69
УДК 622.831.322
Д-р техн. наук С.П. Минеев
(ИГТМ НАН Украины)
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ВОЗДЕЙСТВИИ
НА ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ УГЛЯ
Узагальнені і проаналізовані результати досліджень за оцінкою впливу ультразвукової дії
на зміну властивостей і характер руйнування вугільних зразків. Розглянуті результати дослі-
джень за оцінкою впливу ультразвукової дії на фізико-механічні і газодинамічні властивості
вугільного зразка різного ступеня викидонебезпечності, газонасичення і з урахуванням зміни
напруженого стану. Встановлена закономірність ефективних частот дії на вугілля залежно
від розмірів дефектних структур в ньому.
FEATURES OF INFLUENCE HIGH-FREQUENCY AFFECTING
CHARACTER OF DESTRUCTION OF COAL
The results of researches are generalized and analyzed as evaluated by influence of the ultrason-
ic affecting change of properties and character of destruction of coal standards. The results of re-
searches are considered as evaluated by influence of the ultrasonic affecting physical, mechanical
and gas-dynamic properties of coal standard of different degree of danger of rock outbid rust, gas-
sings and taking into account the change of the tense state. Conformity to law of effective frequen-
cies of affecting is set coal depending on the sizes of imperfect structures in it.
В последнее время считается, что одним из достаточно эффективных спосо-
бов управления газодинамической активностью угольного массива является
волновое воздействие на пласт. Существуют методики воздействия волновыми
полями разной природы как на макроуровне [1 -6], так и микро, например на
микроструктуру угольного вещества [7 -10]. Вместе с этим, нет однозначного
мнения по оценке эффективности применения виброволнового воздействия с
учетом изменения частотного режима, в частности, использования высокоча-
стотного, например, каким является ультразвуковое воздействие (УЗВ). Поэто-
му в данной статье автор попытался обобщить имеющиеся в литературе [1 -16]
данные и проанализировать результаты проведенных экспериментов. В частно-
сти, предполагается рассмотреть результаты исследований по оценке влияния
УЗВ на физико-механические и газодинамические свойства угольного образца
различной степени выбросоопасности, газонасыщения и с учетом изменения
напряженного состояния, которые рассмотрим ниже.
Влияние УЗВ на разрушение не газонасыщенного угольного образца в воз-
душной среде. В ИГТМ НАН Украины совместно с МакНИИ для оценки харак-
тера разрушения образцов угля при УЗВ во времени провели эксперимент по
следующей методике. Подготавливались 3 образца размером 50×50×50 мм, ко-
торые предварительно взвешивались, а каждый испытываемый образец поме-
щался под ультразвуковой генератор диспергатора с резонансной частотой
15 кГц, при мощности – 400 Вт. Рабочая поверхность диспергатора прижима-
лась к образцу с усилием в 10 кг. Взвешивание при УЗВ осуществлялось через
каждую минуту [7, 11].. По формулам вычислялось относительное изменение
массы угольного образца и скорости его разрушения вычислялось по форму-
лам: ,%
m
m
, ,
где m - масса разрушенной части образца; т - пер-
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54285 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:15:29Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Дегтярь, С.Е. Мамлеев, Ш.В. 2014-01-30T23:47:01Z 2014-01-30T23:47:01Z 2012 Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов / Г.П. Cтариков, В.В. Завражин, Я.В. Шажко, С.Е. Дегтярь, Ш.В. Мамлеев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 64-68. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54285 622.831:537.86 У статті описаний спосіб оцінки ефективності противикидних заходів заснований на вимірювання тиску метану та параметрів масопереносу у вугільних пластах при розкритті їх квершлагами. The paper describes a method for evaluating the effectiveness of measures measures against outburst based on measuring the methane pressure and mass transfer parameters in the opening coal seams of crosscut. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов Evaluation the effectiveness measures against outburst by opening steeply inclined coal seam Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Шажко, Я.В. Дегтярь, С.Е. Мамлеев, Ш.В. |
| title | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов |
| title_alt | Evaluation the effectiveness measures against outburst by opening steeply inclined coal seam |
| title_full | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов |
| title_fullStr | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов |
| title_full_unstemmed | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов |
| title_short | Оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов |
| title_sort | оценка эффективности противовыбросных мероприятий при вскрытии крутонаклонных угольных пластов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54285 |
| work_keys_str_mv | AT starikovgp ocenkaéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiikrutonaklonnyhugolʹnyhplastov AT zavražinvv ocenkaéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiikrutonaklonnyhugolʹnyhplastov AT šažkoâv ocenkaéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiikrutonaklonnyhugolʹnyhplastov AT degtârʹse ocenkaéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiikrutonaklonnyhugolʹnyhplastov AT mamleevšv ocenkaéffektivnostiprotivovybrosnyhmeropriâtiiprivskrytiikrutonaklonnyhugolʹnyhplastov AT starikovgp evaluationtheeffectivenessmeasuresagainstoutburstbyopeningsteeplyinclinedcoalseam AT zavražinvv evaluationtheeffectivenessmeasuresagainstoutburstbyopeningsteeplyinclinedcoalseam AT šažkoâv evaluationtheeffectivenessmeasuresagainstoutburstbyopeningsteeplyinclinedcoalseam AT degtârʹse evaluationtheeffectivenessmeasuresagainstoutburstbyopeningsteeplyinclinedcoalseam AT mamleevšv evaluationtheeffectivenessmeasuresagainstoutburstbyopeningsteeplyinclinedcoalseam |