Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ
Наведені результати геомеханічного моніторингу привибійної частини напруженого газонасиченого пласта в процесі його видобутку. Вказано, що застосування гідродинамічної дії на вугільну полосу щитової лави дозволяє суттєво знизити основні признаки газодинамічної активності пласта, що відпрацьовуваєтьс...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Назва видання: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99693 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ / В.И. Гаврилов, Д.М. Житлёнок // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 203-211. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99693 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-996932025-02-23T17:07:53Z Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ Гаврилов, В.И. Житлёнок, Д.М. Наведені результати геомеханічного моніторингу привибійної частини напруженого газонасиченого пласта в процесі його видобутку. Вказано, що застосування гідродинамічної дії на вугільну полосу щитової лави дозволяє суттєво знизити основні признаки газодинамічної активності пласта, що відпрацьовувається The results of the geomechanical monitoring are resulted at backwall part of tense gas-saturated seams in the process of his treatment. It is indicated that application of the hydrodynamic affecting coal bar of shield workface allows to reduce the basic signs of hydrodynamic activity of the seams worked. 2011 Article Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ / В.И. Гаврилов, Д.М. Житлёнок // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 203-211. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99693 622.831.325:532.5.013 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України application/pdf Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Наведені результати геомеханічного моніторингу привибійної частини напруженого газонасиченого пласта в процесі його видобутку. Вказано, що застосування гідродинамічної дії на вугільну полосу щитової лави дозволяє суттєво знизити основні признаки газодинамічної активності пласта, що відпрацьовувається |
| format |
Article |
| author |
Гаврилов, В.И. Житлёнок, Д.М. |
| spellingShingle |
Гаврилов, В.И. Житлёнок, Д.М. Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| author_facet |
Гаврилов, В.И. Житлёнок, Д.М. |
| author_sort |
Гаврилов, В.И. |
| title |
Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ |
| title_short |
Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ |
| title_full |
Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ |
| title_fullStr |
Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ |
| title_full_unstemmed |
Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ |
| title_sort |
геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к гдя |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2011 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99693 |
| citation_txt |
Геомеханическая оценка эффективности гидродинамического воздействия на пласты, склонные к ГДЯ / В.И. Гаврилов, Д.М. Житлёнок // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 203-211. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT gavrilovvi geomehaničeskaâocenkaéffektivnostigidrodinamičeskogovozdejstviânaplastysklonnyekgdâ AT žitlënokdm geomehaničeskaâocenkaéffektivnostigidrodinamičeskogovozdejstviânaplastysklonnyekgdâ |
| first_indexed |
2025-11-24T04:02:53Z |
| last_indexed |
2025-11-24T04:02:53Z |
| _version_ |
1849642946964488192 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
203
УДК 622.831.325:532.5.013
ГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТЫ,
СКЛОННЫЕ К ГДЯ
Гаврилов В. И.
(ИГТМ НАНУ, г. Днепропетровск, Украина)
Житлёнок Д. М.
(ГП «Дзержинскуголь», г Дзержинск, Украина)
Наведені результати геомеханічного моніторингу привибій-
ної частини напруженого газонасиченого пласта в процесі його
видобутку. Вказано, що застосування гідродинамічної дії на вугі-
льну полосу щитової лави дозволяє суттєво знизити основні при-
знаки газодинамічної активності пласта, що відпрацьовувається
The results of the geomechanical monitoring are resulted at
backwall part of tense gas-saturated seams in the process of his
treatment. It is indicated that application of the hydrodynamic affect-
ing coal bar of shield workface allows to reduce the basic signs of hy-
drodynamic activity of the seams worked
Развитие угольной промышленности в основных угледобы-
вающих странах сопровождается перманентным ухудшением
природных условий разработки, связанных с углублением горных
работ и ростом опасностей в шахте, что негативно отражается на
концентрации и интенсификации производственных процессов
добычи угля. Одним из основных природных факторов, негатив-
но влияющих на деятельность угольных шахт, является практи-
чески повсеместный рост газоносности угля и вмещающих пород,
с которой непосредственно связаны наиболее опасные проявле-
ния сил газового и горного давления – внезапные выбросы угля,
газа и породы [1].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
204
Одним из основных факторов, вызывающих проявление
внезапного выброса является горное давление, то есть напряже-
ния, вызываемые в пласте весом вышележащих пород и сниже-
ние прочностных характеристик пласта в зонах опорного давле-
ния в очистных и подготовительных забоях. Поскольку выбросы
происходят в призабойной части массива горных пород, то для
понимания природы и механизма выбросов важное значение
имеет изучение напряженно-деформированного и газодинамиче-
ского состояния именно призабойной части массива [2].
В соответствии с изложенными положениями в ИГТМ НАН
Украины были разработаны нормативные способы гидродинами-
ческого воздействия на угольный массив через подземные сква-
жины перед вскрытием напряженных газонасыщенных угольных
пластов и в процессе их отработки полосами по падению щито-
выми агрегатами [3]. Сущность гидродинамического воздействия
заключается в приложении к свободным поверхностям угольного
пласта знакопеременных нагрузок, которые, суммируясь в неко-
торый момент времени с силами горного давления, направлен-
ными на преодоление предела прочности угля на разрыв, совер-
шают работу по разрушению свободных поверхностей и образо-
ванию более широкой системы трещин в пласте, способствуя тем
самым увеличению фильтрационного объема, интенсификации
процесса газовыделения и перераспределения нагрузок, что при-
водит к снижению газодинамической активности пласта.
Цель данной статьи состоит в геомеханической оценке эф-
фективности управления напряженно-деформированным состоя-
нием призабойной части крутого угольного пласта, склонного к
ГДЯ, при гидродинамическом воздействии на него через подзем-
ные скважины.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- обосновать технологические параметры гидродинамичес-
кого способа воздействия на угольный пласт в нижней части по-
толкоуступной лавы;
- установить характер изменения напряженно-деформированного
состояния призабойной части угольного массива в результате гидроди-
намического воздействия.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
205
Местом проведения горно-экспериментальных работ выбран
добычной участок № 95-1146 м шахты им. Ф. Э. Дзержинского,
отрабатывающий пласт k8 – «Каменка-восток» щитовым агрега-
том.
Для производства гидродинамического воздействия на
угольный пласт через породную пробку бурились две технологи-
ческие скважины согласно схеме, приведенной на рис. 1.
Рис. 1. Расположение скважин для гидродинамического воз-
действия на полосу № 4
Породная часть скважин длиной 8 м разбуривалась до
диаметра 150 мм под обсадные трубы. Обсадка производилась
трубами диаметром 114 мм. Общая длина труб става обсадки –
7,5 м. Выход кондуктора из скважин – 0,7 м, на нем
монтировалось устройство для гидродинамического воздействия
(УГВ). Герметизация скважин производилась цементно-
песчаным раствором (в соотношении Ц:В:П=1:1:2) на глубину
6,8 м. Общая длина скважин составила соответственно 17,6 м и
46,6 м.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
206
У пульта управления на исходящей струе выработки для
контроля содержания метана устанавливались датчики АГЗ.
Гидродинамическое воздействие через скважины № 1 и № 2
производилось 31.05.2010 года.
Выход угля из скважины № 1 начался с 7 цикла и продол-
жался до конца гидродинамического воздействия. За время воз-
действия из скважины было извлечено 6 т угля.
Выход угля из скважины № 2 начался также с 7 цикла и
продолжался до конца гидродинамического воздействия. За вре-
мя воздействия из скважины было выбрано 7 т угля.
Состояние угольного массива в щитовой лаве до и после
гидродинамического воздействия на угольный массив контроли-
ровалось по данным начальной скорости газовыделения gн
о,
прочности пласта qimin [3] и по кажущемуся удельному электри-
ческому сопротивлению ρк.
Качественную характеристику состояния призабойной части
массива до и после гидродинамического воздействия характери-
зует распределение кажущегося удельного электрического сопро-
тивления ρк по длине шпура.
Для этого в кутковой части щитовой лавы бурится шпур
диаметром 45÷50 мм и длиной 6 м. В него помещается симмет-
ричный четырехэлектродный потенциометрический зонд длиной
один метр и с помощью досыльников и шахтного измерителя со-
противлений ШИИС-1 производится замер ρк на интервале 0,5 м.
Результаты измерений приведены на рис. 2.
Согласно [4, 5] графики распределения электросопротивле-
ния по глубине угольного массива можно разбить на несколько
геоэлектрических зон, параметры которых коррелируются с
напряжениями, действующими в массиве. Вид графика распреде-
ления электросопротивления ρк по длине шпура до гидродинами-
ческого воздействия позволяет выделить четыре зоны, каждая из
которых характеризуется отличительными особенностями.
Первая – зона разрушенного угля (зона отжима) распростра-
няется от контура забоя вглубь массива на 1,2÷1,3 м. Она харак-
теризуется развитой сетью трещин в различных направлениях.
Удельное электрическое сопротивление угля в этой зоне, как
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
207
правило, высокое и снижается по мере удаления от контура за-
боя, что свидетельствует о повышении напряжений.
Рис. 2. Характер распределения кажущегося электрического
сопротивления ρк по длине шпура
Вторая – зона уплотнения угольного массива распространя-
ется вглубь массива от зоны отжима на 1,1÷1,2 м. В этой зоне
уголь подвержен влиянию консоли непосредственной кровли и
кажущееся электрическое сопротивление значительно ниже, чем
в первой зоне.
Третья – зона разуплотнения угольного массива имеет про-
тяженность 0,7÷0,8 м и характеризуется более высоким значени-
ем ρк. Этой зоне присуща направленная трещиноватость, ориен-
тированная в направлении максимальных напряжений. Как видно
из графика, величины кажущегося электрического сопротивления
в третьей зоне меньше, чем в первой, и это свидетельствует о бо-
лее высоких прочностных и деформационных характеристиках
угля в третьей зоне.
Четвертая – зона повторного уплотнения угольного массива.
Она плавно переходит в зону максимума опорного давления. Ха-
рактерной особенностью зоны является резкое снижение кажуще-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
208
гося электрического сопротивления угольного массива, что сви-
детельствует об увеличении концентрации напряжений.
После гидродинамического воздействия кажущееся электри-
ческое сопротивление призабойной части угольного массива на
всех интервалах наблюдений резко возросло за счет образования
более широкой сети крупных трещин разрушения и увлажнения
угля (см. рис. 2). Все геоэлектрические зоны слились в одну – зо-
ну повышенной трещиноватости, по параметрам близкую к зоне
отжима.
Замер начальной скорости газовыделения вне зоны гидро-
динамической обработки угольного массива и в зоне обработки
производился в кутке щитовой лавы на уровне 1,5 м от забоя. Для
этого по простиранию угольного пласта бурится шпур диаметром
42 мм конечной длины 3,5 м. При достижении длины шпура 1 м
через интервал бурения 0,5 м прибором ПГ-2МА производятся
измерения начальной скорости газовыделения. Результаты изме-
рений приведены на рис. 3.
Рис. 3. Динамика изменения начальной скорости газовыде-
ления до и после гидродинамического воздействия
Из графиков видно, что гидродинамическое воздействие на
угольный массив способствует его дегазации. После воздействия
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
209
изменился характер кривой газовыделения из шпура: до глубины
3,5 м начальная скорость газовыделения плавно возрастает без
образования локальных максимумов.
По мере отработки полосы № 4 производились замеры
прочности угля прочностномером П-1 через каждые 10 м по па-
дению пласта в трех точках по длине лавы:
-точка № 1 – 5 м от углеспускного гезенка;
- точка № 2 – посредине лавы;
- точка № 3 – в кутке вентиляционного гезенка.
Расчет изменчивости прочности угля f производился соглас-
сно [3, приложение Ж].
Результаты обработки данных измерений представлены в
таблице 1.
Таблица 1
Результаты обработки измерений прочности угля по полосе №4
Наименование показателей
прочности угля
Точка
замера
№ 1
Точка
замера
№ 2
Точка
замера
№ 3
Средняя прочность угля по паде-
нию пласта до воздействия, у.е. 80,7 79,7 78,3
Средняя прочность угля по паде-
нию пласта после воздействия, у.е. 79,8 79,3 78,0
Отклонение средних значений
прочности угля, у.е. 0,9 0,4 0,3
Изменчивость прочности угля, % 1,1 0,5 0,38
Анализ таблицы 1 показывает, что изменчивость прочности
угля после воздействия составляет: в точках замеров № 1 – 1,1 %;
в точках замеров № 2 – 0,5 %; в точках замеров № 3 – 0,38 %, что
значительно меньше 20 %.
Гидродинамическое воздействие на угольный массив щито-
вой лавы приводит к увеличению среднесуточной концентрации
метана в исходящей струе воздуха из участка на 9,5÷52,4 %, при-
чем выход газа из вновь образованной системы трещин в пласте
продолжается все время ее отработки (таблица 2). По получен-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
210
ным исходным данным были рассчитаны элементы дегазации ни-
жней части щитовой лавы по формулам, приведенным в [6].
Численные значения элементов дегазации и снижения газо-
динамической активности в обработанной зоне составили: радиус
обработки – 23 м, коэффициент дегазации 0,64 при нормативном
kд ≥ 0,45, площадь обработанной зоны – 3087 м2.
Таблица 2
Результаты гидродинамической обработки полосы № 4
участка № 95
Показатели
Месяц
06 07 08 09
Сутки
12 18 31 31 27
Среднемесячная суточная концентрация
метана на исходящей струе участка Сф..с, % 0,21 0,31 0,32 0,31 0,23
Фоновая среднесуточная концентрация ме-
тана на исходящей струе участка Сф.ср..с, % 0,21
Разность средне суточных концентраций
метана на исходящей струе участка ∆С =
Сф.с- Сф.ср..с %.
0 0,10 0,11 0,10 0,02
Количество воздуха на исходящей струе
участка Qи.с.,м3/сутки 662400
Объем выхода газа из обработанной зоны
Vф, м3 0 11923 22588 20534 3577
58622
Радиус обработки Rф, м 23
Площадь обработки Sо,м2 3087
Расчетный объем газа в обрабатываемой
зоне Vр, м3 95082
Масса угля в обрабатываемой зоне, т 3087
Расчетная масса извлечения угля из обра-
батываемой зоны Мр, т 8,64
Фактическая масса извлеченного угля из
обрабатываемой зоны Мф, т 13,00
Коэффициент дегазации обработанной зо-
ны, кд
0,64
Таким образом, в результате проведения гидродинамиче-
ской обработки угольного пласта инициируются процессы,
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
211
направленные на увеличение фильтрационного объема и газоот-
дачи массива, снижения газового давления и перераспределения
напряжений, изменения физико-механических свойств угольного
пласта. Эти физические процессы являются основными призна-
ками снижения газодинамической активности отрабатываемого
пласта.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Терентьев Б.Д., Ступко Е.С. Разработка методов и способов
снижения выбросоопасности угольных пластов. – ГИАБ. –
2004. – № 4. – С. 191 – 194.
2. Рассказов И.Ю., Чернышов О.И., Марач В.М. Влияние усло-
вий разработки на характер формирования техногенных по-
лей напряжений в удароопасном массиве горных по-
род/Безопасность труда в промышленности, 2004. – № 8. –
С. 50 – 55.
3. Правила ведення гірничих робіт на пластах, схильних до га-
зодинамичних явищ [Текст]: СОУ 10.1.00174088.011-2005:
додаток Ж. – [чинний від 2005-12-01]. – К.: Мінвуглепром
України, 2005. – 224 с.
4. Паламарчук Т.А., Кириченко В.Я., Усаченко Б.М. Элементы
механосинергетики породного массива. – Днепропетровск:
ЧП «Лира ЛТД», 2006. – 308 с.
5. Земсков А.Н., Паньков А.А. Электрометрический прогноз га-
зодинамических явлений при добыче калийных солей/Изв.
вузов. Горный журнал, 2004, № 1. – С. 8 – 14.
6. Житлёнок Д.М., Гаврилов В.И., Петух А.П. и др. Отработка
элементов дегазации и снижения газодинамической активно-
сти угольного пласта l7
в – «Пугачёвка» гидродинамическим
способом/Матеріали II міжнародної конференції «Підземні
катастрофи: моделі, прогноз, запобігання». – Дніпропет-
ровськ: НГУ, 2011. – С. 78 – 84.
|