Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄
Теорія фракталiв була використана при дослідженні газового та напруженого станів в умовах пологих порушених вугільних пластів. Fractal theory was used during investigations of gas and strained conditions on gently sloping broken coal seams....
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99704 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ / Н.Н. Киселев, В.П. Коптиков, А.Г. Радченко, А.А. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 336-342. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859480374188441600 |
|---|---|
| author | Киселев, Н.Н. Коптиков, В.П. Радченко, А.Г. Радченко, А.А. |
| author_facet | Киселев, Н.Н. Коптиков, В.П. Радченко, А.Г. Радченко, А.А. |
| citation_txt | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ / Н.Н. Киселев, В.П. Коптиков, А.Г. Радченко, А.А. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 336-342. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Теорія фракталiв була використана при дослідженні газового та напруженого станів в умовах пологих порушених вугільних пластів.
Fractal theory was used during investigations of gas and strained conditions on gently sloping broken coal seams.
|
| first_indexed | 2025-11-24T14:28:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
336
УДК 622. 831. 322: 635
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ В
ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ ПЛАСТА D4
Киселев Н. Н.,
(НТЦ «ОНиС при УкрНИМИ НАНУ», г. Донецк, Украина)
Коптиков В. П., Радченко А. Г.
(МакНИИ, г. Макеевка, Украина)
Радченко А. А.
(Донбасская НАСА, г. Макеевка, Украина)
Теорія фракталiв була використана при дослідженні газо-
вого та напруженого станів в умовах пологих порушених вугіль-
них пластів.
Fractal theory was used during investigations of gas and
strained conditions on gently sloping broken coal seams.
Горный массив представляет собой сложную самооргани-
зующуюся систему: вмещающие породы – угольный пласт. Для
описания поведения указанной системы в настоящее время стали
применять не только основные положения геомеханики, но и всё
чаще применяются методы теории синергетики и теории фракта-
лов: [1, 2, 3, 6, 7, 8].
Так, в работе [2] на основании выполненных эксперимен-
тальных исследований установлено, что впереди движущегося
забоя выработки наблюдается чередование зон разрыхленных и
уплотненных пород. Волнообразное изменение опорного давле-
ния впереди движущегося забоя проявляется в чередовании зон
повышенного горного давления и зон разгрузки, таким образом,
зоны сжатия чередуются с зонами растяжения. Последние откры-
тия в области геомеханики [3, 7] раскрывают сущность самоорга-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
337
низации породных массивов и подчеркивают важность учета
волновых колебаний, происходящих в горном массиве впереди
движущейся выработки.
Согласно работе Г. Хакена [1], исследование сложных си-
стем необходимо проводить на следующих уровнях: а) микро-; б)
мезо-; в) макро-уровне. Так, исследования на микроуровне вы-
полнены в механике разрушения твердого тела, процессы зарож-
дения и роста трещин описаны с позиций теории фрактальной
геометрии [6]. С позиций фрактальной геометрии на макроуровне
также выполнены обширные исследования региональной текто-
ники Донбасса [8]. В то же самое время, исследования поведения
пород кровли и угольного пласта на мезоуровне с позиций теории
синергетики и геомеханики весьма малочисленны.
Поэтому, целью настоящей работы является исследование
возможности применения на мезоуровне теории фракталов при
анализе изменения ГДС и НДС угольных пластов пологого паде-
ния. Анализ изменения ГДС и НДС был выполнен нами в усло-
виях ш/у «Покровское» в блоке № 10 в призабойной части уголь-
ного пласта d4.
Пласт d4 по всей площади блока № 10 характеризуется от-
носительной выдержанностью по мощности, которая колеблется
от 0,60 м до 2,58 м; угол падения пласта изменяется от 3° до 8°
(вне зон горно-геологических нарушений – ГГН).
В блоке № 10 имеет место широко развитая микро- и мелко-
амплитудная нарушенность пласта d4. Природная газоносность
пласта составляет 10÷25,0 м³/т.с.б.м., весовой выход летучих ве-
ществ изменяется в пределах Vdaf = 28÷33 %, коэффициент кре-
пости угля f = 0,8÷1,2 ед. по шкале Протодьяконова. В кровле
пласта залегает песчаный сланец мощностью m = 1,05÷9,85 м,
крепостью f = 5÷6, часто во многих местах блока № 10 кровля
пласта представлена песчаником мелкозернистым, m = 7,80÷15,7
м, крепостью f = 6÷7. Почва пласта d4 сложена песчаным сланцем
m = 0,35÷0,80 м и f = 5÷6.
Согласно [9], по пласту d4 ведется текущий прогноз выбро-
соопасности угольных пластов по начальной скорости газовыде-
ления из шпуров − gн и по параметрам акустического сигнала по
данным аппаратуры АПСС – коэффициент выбросоопасности −
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
338
Квыб. и другие показатели.
Для выяснения общих закономерностей изменения gн нами
был выполнен анализ колебаний суммарного газовыделения из
шпуров − ∑gшп. в блоке № 10 в 3-м, 4-м и 5-м южных конвейер-
ных штреках. Следует отметить, что анализировались участки
различной протяженности: l = 20÷90 м, причем участки с зонами
горно-геологических нарушений – ГГН и участки с нормальными
условиями залегания пласта – НУ анализировали отдельно. В
начале был выполнен анализ изменчивости gн в 4-м южном кон-
вейерном штреке блока № 10 с пикета ПК 10+5,0 м по ПК
19+6,5 м, протяженность участка составила 90 м. Анализируемый
участок характеризуется высокой тектонической нарушенностью,
наличием зон ГГН: микросбросов, взбросов, надвигов и т.д. Со-
гласно [9], текущий прогноз выбросоопасности по gн в блоке
№ 10 ведется на интервалах шпура: 1,5 м; 2,5 м; 3,5 м. По каждо-
му шпуру рассчитывали суммарное значение газовыделения -
∑gшп.. Далее анализируемый участок длиной 90 м был разбит на
15 относительно однородных отрезков-интервалов по значениям
∑gшп.. После этого рассчитывали среднее арифметическое значе-
ние суммарной скорости газовыделения по шпурам для каждого
отдельно взятого однородного отрезка-интервала: ∑gшп.. Затем
в 3-м южном конвейерном штреке блока № 10 были выбраны два
участка:
1) участок с нормальными условиями залегания пласта d4 на
пикетах ПК 8+2,5÷ПК 94+0,5 м;
2) участок с зонами ГГН длиной l = 71 м на пикетах ПК
40+5,0÷ПК 47 + 6,0 м.
Указанные анализируемые участки также были разделены
на сравнительно однородные отрезки-интервалы. После этого
также был выполнен анализ изменения ∑gшп. по каждому отрез-
ку-интервалу. В результате данного анализа ∑gшп. в зонах ГГН по
3-му южному конвейерному штреку, а также на участке с нор-
мальными условиями залегания угольного пласта d4 показал сле-
дующее. Как в зонах ГГН, так и на участке с нормальными усло-
виями залегания пласта наблюдается чередование отрезков с по-
ниженными и повышенными значениями ∑gшп. Более подробное
описание изменений значениями ∑gшп. в таблицах и графиках
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
339
приведено в работе [5].
Установленные нами квазипериодические, волновые коле-
бания значений параметра ∑gшп. по 3-му и 4-му южным конвей-
ерным штрекам блока № 10 по пласту d4 хорошо согласуются с
основными положениями работ [2, 3, 6, 7], которые были рас-
смотрены нами ранее.
Далее по 5-му южному конвейерному штреку блока № 10
пласта d4 был выполнен детальный анализ изменения газодина-
мического состояния – (ГДС) пласта по параметру ∑gшп. и
напряженно-деформированного состояния НДС пласта по пара-
метру коэффициент пригрузки или, по мнению ряда исследова-
телей, коэффициент выбросоопасности - Квыб. Анализ ГДС был
выполнен на двух участках: № 2 и № 3, анализ НДС был выпол-
нен на трех участках: №№ 1, 2, 3 – (табл. 1).
Таблица 1
Результаты анализа изменения ГДС и НДС по 5-му конвейерному
штреку блока № 10 пл. d4
Учас-
ток ПК а
,
% Примеч.
1. Анализ ГДС
2 30+4 – 41+9 1,70 0,8291 0,6873 49,60% 1,13 0,196 Н.У.
3 42+1 – 57+9 2,20 1,1482 1,3184 52,90% 1,64 0,280 ГГН
2. Анализ НДС
1 0+5м–14+1 1,57 0,7250 0,5256 46,20% 1,01 2,169 Н.У.
2 29+6,2 – 41+9,0 1,23 0,6170 0,3807 50,30% 0,98 0,111 Н.У.
3 41+9 – 57+9 1,08 0,4822 0,2325 44,90% 0,79 0,094 ГГН
Участки №№ 1, 2 характеризовались нормальными услови-
ями залегания пласта d4, а участок № 3 находился в зоне горно-
геологических нарушений – (ГГН). Зоны ГГН были представлены
сбросами и надвигами с амплитудами А = 0,10÷0,90 м. Всего бы-
ло перейдено 16 сместителей геологических нарушений, расстоя-
ние между сместителями нарушений составляло от 2 до 17 м.
Для анализа ГДС пласта по участкам №№ 2, 3 строили зна-
чения ∑gшп. через каждые 1,0 − 2,0 м подвигания выработки, а для
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
340
анализа НДС строили значения Квыб. через каждые 0,5−0,8 м по-
двигания подготовительного забоя. Методические и методологи-
ческие трудности интерпретации изменения параметров ∑gшп. и
Квыб. заключались в том, что указанные параметры изменяются
дискретно, хаотически и применение аппарата математической
статистики правомерно лишь в первом приближении. Поэтому,
согласно [6] , была применена теория фракталов для исследова-
ния особенностей изменения ГДС и НДС в призабойной части
проводимой выработки.
Задача решалась путем «понижения» исходных топологиче-
ских размерностей кривых ГДС и НДС, т.е. путем уменьшения
количества изломов, путем уменьшения «изрезанности» исход-
ных кривых ГДС и НДС. Для исследования изменения ГДС пла-
ста было применено одноуровневое преобразование параметра
∑gшп., а для исследования изменения НДС пласта применялось
последовательное двухуровневое преобразование параметра −
Квыб. Анализ кривых изменения ГДС пласта показал, что для па-
раметра ∑gшп. значения среднего арифметического значения – ,
стандарта – , дисперсии − , коэффициента вариации - Квар., %
и коэффициентов изменчивости Киз.1 и Киз.2 в зонах ГГН (уч. № 3)
выше, чем для участка № 2 – участка с нормальными условиями
залегания пласта – см. табл. 1. Для характеристики изменений
параметра ∑gшп. после одноуровневого преобразования были ис-
пользованы коэффициенты изменчивости Киз.1 и Киз.2, которые
рассчитывались по следующим формулам:
К
Киз
∑ ∆′
= (1)
L
Киз
∑ ∆′
= , (2)
где Σ ∆′ – сумма абсолютных значений первых разностей в
числовом ряду анализируемого параметра;
К – количество первых разностей;
L – длина проекции исследуемого профиля, м;
Согласно [2, 3, 5, 7] квазипериодические посадки непосред-
ственной и основной кровель обуславливают чередование зон
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
341
сжатия и растяжения. Это приводит к изменению газопроницае-
мости угольного пласта и в свою очередь вызывает квазиперио-
дические изменения суммарного газовыделения из пласта - ∑gшп..
Поэтому, был выполнен детальный анализ изменения НДС в
призабойной части выработки на участках №№ 1, 2, 3. Анализ
изменения параметра Квыб. После двухуровневого преобразования
показал, что в зонах нарушений параметры , , , Квар., Киз.1,
Киз.2 оказались ниже, по сравнению с нормальными условиями
залегания пласта d4 – на участках №№ 1, 2 – см. табл. 1. Зоны
ГГН способствовали снижению НДС пласта и указанные зоны
ГГН на участке № 3 были отнесены к пассивным по выбросам
угля и газа. Анализ изменения параметра ∑gшп. в условиях шахты
им. А. А. Скочинского ГП «Донецкуголь» по пласту показал,
что значения ∑ gшп. изменяются волнообразно по 2-й западной
лаве УПЦП пласта как по простиранию, так и по падению пла-
ста.
Выводы
1. На основании выполненного анализа параметров ∑gшп. и
Квыб., измеренных в шахтных условиях, доказана принципиальная
возможность описания изменений ГДС и НДС в призабойной ча-
сти пологих нарушенных угольных пластов с позиций теории
фракталов.
2. Установлены квазипериодические колебания параметров
∑gшп. и Квыб. на пологих нарушенных угольных пластах как в зо-
нах ГГН, так и в нормальных условиях залегания пластов.
3. Квазипериодические колебания НДС обусловлены перио-
дическими посадками непосредственной и основной кровель, что
в свою очередь вызывает квазипериодические изменения ГДС
пологих угольных пластов.
4. Применение теории фракталов с целью исследования из-
менения ГДС и НДС угольных пластов относится к весьма пер-
спективным направлениям и позволяет решать ряд практических
задач горного дела: установление шага посадки непосредствен-
ной и основной кровель и т.д.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
342
СПИСОК ССЫЛОК
1. Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический
поход к сложным системам: Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. –
240 c.
2. Закономерности самоорганизации грунтовых и породных
массивов, ослабленных подземными выработками /
М.А. Ильяшов, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский [и др.]. // Ма-
териалы международной конференции «Форум горняков –
2008».- Днепропетровск: НГУ, 2008. – С. 59 – 72.
3. Научное открытие № 318. Закономерность самоорганизации
грунтовых и породных массивов вокруг протяженных горных
выработок / Л.В. Байсаров, М.А. Ильяшов, В.В. Левит [и др.].
– М.: РАЕН, 2006. – 6 с.
4. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. – М.: Мир,
1968. – 408 с.
5. Минеев С.П., Рубинский А.А., Витушко О.В., Радченко А.Г.
Горные работы в сложных условиях на выбросоопасных
угольных пластах: [Монография]. – Донецк: ООО «Східний
видавничий дім», 2010. – 603 с.
6. Булат А.Ф., Дырда В.И., Звягильский Е.Л., Привалов В.А.,
Панова Е.А. Фракталы в геомеханике. Киев, Наукова думка,
2007, 389 с.
7. Научное открытие № 188. Явление образования перемещаю-
щихся нарушенных зон в напряженных горных породах /
В.Я. Кириченко, Е.Л. Звягильский, А.В. Левшин [и др.] //
Сборник кратких описаний научных открытий, научных идей,
научных гипотез. – 2002. – С. 62 – 63.
8. Привалов В.А. Фрактальный геометрический образ разрыв-
ных нарушений Донбасса // Наукові праці ДонНТУ. Сер гірн.-
геол. – 2003. Вип. 62. – С. 204 – 216.
9. СОУ 10.1.00174088.011-2005 Правила ведения горных работ
на пластах, склонных к газодинамическим явлениям. – Киев:
Минуглепром Украины, 2005. – 225 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99704 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T14:28:06Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Киселев, Н.Н. Коптиков, В.П. Радченко, А.Г. Радченко, А.А. 2016-05-02T10:44:22Z 2016-05-02T10:44:22Z 2011 Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ / Н.Н. Киселев, В.П. Коптиков, А.Г. Радченко, А.А. Радченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 336-342. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99704 622. 831. 322: 635 Теорія фракталiв була використана при дослідженні газового та напруженого станів в умовах пологих порушених вугільних пластів. Fractal theory was used during investigations of gas and strained conditions on gently sloping broken coal seams. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ Киселев, Н.Н. Коптиков, В.П. Радченко, А.Г. Радченко, А.А. |
| title | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ |
| title_full | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ |
| title_fullStr | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ |
| title_full_unstemmed | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ |
| title_short | Исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ |
| title_sort | исследование особенностей изменения газодинамического состояния в призабойной части пласта d₄ |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99704 |
| work_keys_str_mv | AT kiselevnn issledovanieosobennosteiizmeneniâgazodinamičeskogosostoâniâvprizaboinoičastiplastad4 AT koptikovvp issledovanieosobennosteiizmeneniâgazodinamičeskogosostoâniâvprizaboinoičastiplastad4 AT radčenkoag issledovanieosobennosteiizmeneniâgazodinamičeskogosostoâniâvprizaboinoičastiplastad4 AT radčenkoaa issledovanieosobennosteiizmeneniâgazodinamičeskogosostoâniâvprizaboinoičastiplastad4 |