||
ДонНТУ>
Портал магістрів ДонНТУ
Факультет: Геотехнологій та керування виробництвом
Спеціальність: Охорона праці у гірництві
Несподіване видавлювання – це швидкотекуче зміщення вугільного масива до виробки без відкидання вугілля; утворювання порожнини, заповненою зруйнованим крупнокусковим вугіллям, глибина котрій менше її ширини; наявність порожнин та щілин між покрівлею та пластом; відносне газовиділення менше різниці між природною та залишковою газонесущестю видавленого вугілля. Вражаючим фактором є механічна дія видавленого вугілля.
Рисунок 1 - Анімаційна схема викиду вугілля та породи
(Кількість кадрів - 5, циклів повторення - 7, об'єм - 23 КБ)
Спосіб прогнозування викидонебезпечності призабойної частини вугільного пласта, враховуючий фактор часу.
Стислий аналіз многолітнього досвіду створення та застосування різноманітних методів прогнозу викидонебезпечності доказує необхідність розробки та застосування, нового, крім регіонального, способу оцінки викидонебезпечності при забойної частини пласту, котрий обгрунтовується.
К початку 70-х років 20 століття був зібран достатньо представницький досвід розробки викидонебезпечних пластів, дозволивший створити регіональний спосіб прогнозу викидонебезпечності вугільних пластів та піщаників. Вдалось вирахувати долю площани дійсно викидонебезпечних ділянок, на котрих викиди вугілля та газу не трапилися. Вона не перевищувала 1% загальної відробленої площани, що доказувало першоступенну соціальну та економічну необхідність безперебійного по мірі пересування виробок прогнозу викидонебезпечності при забойної частини шахто пластів [1, 2, 3, 4, 5].
Достовірність та високу актуальність висновку у сучасних умовах підтверджують два наступних об’єктивних положення:
- цілий ряд викидонебезпечних шахто пластів, при виїмці котрих реєструвалося у минули роки значне число викидів, в останні 10 - 15 років не розробляються;
- розвиток гірничіх робіт у Донецькій області переважно здійснюється у Красноармійсько- Добропільскому районі. Залягають у цей частині місце народження вугілля пластів менш метаморфізовані, менш газоносні та менш схильні к проявам викидонебезпечності.
Це, відповідно з установленою раніш залежністю певності виникнення викидів вугілля та газу від ступені його метаморфізму, визначає практичну дійсність закономірності природного падіння долі викидонебезпечності та ще більшу необхідність безперебійного прогнозу викидонебезпечнсті при забойної частини, у тому числі вперше враховуючого фактор часу при його застосуванні.
У [6], нажаль, у незмінному виді знаходиться текучій прогноз викидонебезпечності зон по абсолютним значенням скорості газовиділення gн, л/хв. Розроблен він був ще більш 50 років тому. Його недоліки та помилки, у тому числі супроводжувалися смертельним травматизмом, публікувалися неодноразово [3, 4]. Треба підкреслити, що названий спосіб ніколи не прогнозував викидонебезпечність зон, якщо розуміти під ними, все ж таки, розміри по простиранню, падінню, востанню пласту.
У кінці 70-х років МакНДІ одночасно з застосуванням текучого прогнозу викидонебезпечності зон розробив новий спосіб оцінки усунення викидонебезпечності, названий контролем ефективності запобігання викидів. Заснован він на динамиці початковій скорості газовиділення, а не на її абсолютних значеннях, знаходився у [7] та [6]. Область застосування його тепер велика. Спосіб може застовуватися не тільки у лавах, але в окремих випадках, у підготовчих виробках замість прогнозу викидонебезпечності по абсолютним значенням початкової скорості газовиділення або міцністю вугілля пласту.
Рисунок 2 - Анімаційна схема комбаїну
(Кількість кадрів - 6, циклів повторення - 7, об'єм - 13 КБ)
Науковою основою запропонованою раніш динамиці газовиділення була фізична модель при забойної частини викидонебезпечного вугільного пласту[3, 4]. Базувалась вона у тому числі на прийнятою у 70 роки минулого століття більшістю гірничо-технічної громадськості уяви о можливій проникненості при забойної частини пласту. Детальне, експериментальне вивчення особливостей мінливості розподілення водо газових розчинів призвело до висновку про відсутність водогазопроникненості не тільки окремих блоків шахто пластів, але її при забойної частини [1, 2, 4, 5]. Термін газовиділення асоціювався зі спосібністю вугільного пласту пропускати, фільтрувати через себе водо газову суміш. Це називається проникненостю та має місто лише при наявності перепаду тиска. Але у тонкопористому від природи водо газоносному пласті перепаду тиска нема, хоча тиск газів у пластах і виміряється [2, 3, 4, 5]. Водогазовиділення з при забойної частини пласту, з пробурених у ній шпуров регіструється. Цей процесс по фізичній сущності цілком схожій виділенню води у лабораторних умовах з непроніцяємого масиву. Ще більш наглядна схожість “випарування” процесу, наприклад у деревах. Вже школярам відомо, що коріння дерев по капілярам постачають у листя поживни розчіни. Але якщо дерево зпилити, то наприклад береза, сдіснює процес водовіддачі, висохне. Процес руху розчинів обумовлено капілярними, Ван-дер-Ваальс силами. Результат дослідження [4, 5, 8, 9] виділення розчинів з тонкопористого тіла можливо лише з капілярів розміром не менш 10-7 м, якщо на кордоні стінка капіляра-вода виникає подвійний електричний шар. З капіляров діаметром 10-7 м водяні розчини виділяються-випаровуються у зв’язку зменшення капілярних сил, котрі мають місце при збільшенні діаметру капіляров-зрівняння Лапласа [9].
Для практичного застосування, у наукових цілях пропонуєм термін ”капілярна водогазовіддача“, котрий буде характеризувати газовиділення з непроникливого, мільйони років котрий знаходився у складному об’ємному напруженному стиснені, але зараз розвантаженого вугільно-породного масиву.
У новому стандартні галузі [6, с.2] перелік відомих раніш газодінамичних явищ (ГДЯ) справедливо доповнен видавлюваннями. Інструментального або іншого способу вимірювання їх глибини стандарт не має, що і визначає практичну необхідність його розробки.
Дві групи зауважень недоліків викладення природи видавлювань в [6].
По перше, невизначена трактовка дуже складного явища.
На с.2 це ”видавлювання вугілля“ з посиланням на прикладення А. Але у останньому(с. 136) це вже “несподіване видавлювання”.
На с.3 (4.2.1) ”несподіваним видавлюванням“, а в (4.2.2) на цієй сторінці ”видавлюванням вугілля“. На с. 6 (4.2.7): ”До погрозливих по несподіваним видавлюванням вугілля“.
По друге, у прикладенні А (с.136), що це ”Швидкотекуче зміщення вугільного масиву, до виробки без викиду вугілля…“. Два останні признака, є тільки приватним випадком віджимки, характерним для малопотужних (0,8 - 1,0 м) шахтопластів. Доказують достовірність цього установлення шахтні експерименти, у тому числі, виконані ще у прикінці 70-х років минулого століття у лаві особливо викидонебезпечного шахто пласта l8' потужністю більш 2,5 м шахти №21-бис ПО “Макеевуголь”[3]. У ній методи усуненя викидів вугілля та газу не застосовували. По динамиці газовідділення при довжині шпари діаметром 42 мм глибиною 5 м, а також по лаві через 9,5 м, заміряли поінтервально початкову скорість газовиділення для з’ясування нормативної безпечної зони розвантаження, lб, м.
При пересуванні лави приблизно 100 м не виміряне жодного зниження gн ні у лаві, ні у верхньої ніші. У ніші, зменшення газовиділення мало місце при глибині шпурів 4 м. Порожнини у при забойній частині лави ніколи не реєструвалися.
У висновку цієї частини статті, маємо згадати сучасному читачу, що ще більш ніж 50 років тому доказувалося: при виїмці вугілля у лавах пластов потужністю приблизно 1,8 м та більше викиди вугілля та газу на шахтах України, не трапляються, так як вона виробляється у зоні віджиму [3].
У всіх тямучих словниках, у тому числі і гірничої енциклопедії 1989 року, віджим однозначно визначається як витиснення вугілля у бік виробленого простору (с.19, т.9). Очевидно, що трапляється воно завжди у час перерасподілення напруг, маючим місце при виїмці вугілля. Саме їй присуща понижена напругненість та, підвищена склонність до газовіддачі – газовиділенню. У рахунок того що зріст природної газоносності від забою у глибину масиву підкорюється прямолінійної залежності, їй буде відповідати ріст скорості газовиділення зі шпар по мірі їх поглиблення. Справедливість останнього положення доведене багато численними шахтними експериментами [3, 4, 5].
У початку 21 століття експериментальні дослідження групи спеціалістів України доводили, що на великих глибинах виявляються невідомі раніше властивості вугільнопородних масивів: схильність до деформацій генетичного повернення (ДГП) при розвантаженні. Вони достатньо широко опубліковані [5, 9, 11, 12], а у журналі ”Вугілля-України“ №2-3 за 2001 роки названі на обгорці.
На наукову думку №А-297 у 2004 році здобут диплом Російської академії Природних наук на відкриття [13].
У зоні віджиму ДГП стимулює капілярну водогазовіддачу. Зупинення росту газовиділення трапляється не тому, що досягнення області нолевой проникненності, як це припускалося нами раніше, а тому, що досягнення рівня напруженості, при котром розвантаження, необхідна для виникнення ДГП та характеризующа зону віджиму, не досягненна.
Тепер, враховуючи півметровий нормативний інтервал вимірювання початкової скорості газовиділення при використанні динаміки газовиділення, раніш нормативне відношення інтервалу падіння к розвантаженій зоні lб, повина бути названа глибиною віджиму hотж,м
hотж = (lб – 0,3), м
При подальшому поглибленні шпару величина початкової скорості газовиділення при застосуванні динамики газовиділення, як було встановлено раніш [4], буде зумовлений розмірами ділянок вугільних пластів, руйнуючих навколо вимірювальних камер, але не переходом від упровадження з невикидонебезпечної у викидонебезпечну частину масива. Дійсність викидонебезпечності доводиться досягненням значень тимчасового критерію Кв = 5, розрахованим по наслідкам фактичних вимірювань:
Кв = gн/gt,
де gt – скорость газовиділення, виміряна через 3 хвилини після вимірювання gн, л/хв.
Допущена глибина виїмки (lв, м)визначиться як:
lв = ( hотж-1), м
Схема розташування контрольних шпарів зберігається відповідною нормативним вимогам [6].