Источник: «Уголь Украины» №6, 2005 р. Гірниче господарство шахт: стан і перспективи
Работа выполнена в РУДН и может служить пособием при подготовке горных инженеров по специальности «Разработка месторождений полезных ископаемых». При этом авторы работы в основном представ¬ляют научную школу, созданную акад. Л. Д. Шевяковым и проф., д-ром техн. наук А. П. Судоплатовым. Внедрение в учебный процесс подготовки горных инженеров системного подхода к освоению природоохранных технологий при подземной отработке угольных месторождений, опасных по газовыделению и внезапным выбросам метана, на основе анализа раз¬личных способов экологической защиты окружающей природной среды является актуальным и весьма своевременным. Определяется необходимостью в расширении знаний контингента студентов-горняков как РУДН, так и других вузов, а также научных специали стов, занятых в этой области в странах ближнего и дальнего зарубежья.
Работа выполнена в форме доведения до студентов методических решений проблем по освоению угольных месторождений. Этот вывод подкреплен рядом публикаций авторов, включая большое количество патентов, часть из которых внедрена в производство.
При этом результаты теоретических и экспериментальных исследований по природоохранным технологиям разработки угольных месторождений, опасных по газовыделению и внезапным выбросам, могут иметь научное и практическое значение не только при под¬готовке студентов, но и для специалистов, занятых в отраслевых научно-исследовательских институтах и практикующих на производстве.
Вследствие проведенных авторами исследований:
— обобщены и проанализированы все существующие способы отработки нижних горизонтов шахт, опасных по газовыделению и внезапным выбросам;
— получены закономерности проявлений горного давления в зависимости от параметров движения очистного забоя, временного и бокового опорного давления, определяющие появление возможных зон внезапных выбросов метана;
— изложены способы безлюдной выемки угля мало¬мощными слоями, исключающими практически опасные сдвижения вышележащих пород;
—обобщены экологические способы защиты при выемке угля из месторождений, окружающей природной среды от опускания поверхности, от загрязнения атмосферы, фауны и флоры, защищенные рядом патентов;
— изложены способы разработки мощных пластов пологого и наклонного падения диагональными слоями, обеспечивающие снижение величин и скорости опускания земной поверхности над выработанным пространством;
— разработаны и рекомендованы к использованию экологические способы защиты забоев и подготови тельных выработок от мелкодисперсной пыли с помощью электроосаждения;
— способы извлечения метана из общешахтной вентиляционной струи на основе использования закономерности ламинарного и турбулентного движения воздуха.
Члены Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А. Скочинского отметили, что результаты проведенных авторами работы исследований получили широкое распространение не только в Российской Федерации, но и за рубежом, а также одобрение специалистов лаборатории «Комплексная механизация очистных работ» ФГУП ННЦ ГП — ИГД им. А. А. Скочинского.
Независимый эксперт отметил, что в работе недостаточное внимание уделено технологии добычи угля из высокогазоносных пластов, позволяющей использовать нетрадиционные способы защиты среды.
Лауреатом конкурса в 2010 г . за работу «Создание системы повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива» по единогласному решению членов Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А. Скочинского признан творческий коллектив в составе : С. Б. Алиева, д-ра техн. наук ( ООО «Техносинтез» ), А. М. Газалиева, д-ра хим. наук, акад. НАН РК ( КарГТУ ), Н. А. Дрижда, д-ра техн. наук ( КарГТУ ), Б. М. Кенжина ( ТОО «МашЗавод № 1 » ), Ю. М. Смирнова, д-ра техн. наук ( КарГТУ ).
Рецензенты : А. В. Джигрин, д-р техн. наук, директор по научной работе ( ФГУП ННЦ ГН — ИГД им. А. А. Ско-чинского ) и Ю. Н. Кузнецов, д-р техн. наук, проф. ( МГГУ ).
В последние годы внимание научных и инженерных работников угледобывающей промышленности сосредоточено на создании надежных методов мониторинга состояния угольного массива и прогноза газодинамических явлений. К наиболее эффективным из них относится сейсмоакустический метод, основанный на возбуждении и приеме упругих колебаний в горном массиве. Это позволяет при соответствующем техническом и технологическом сопровождении значительно повысить безопасность работы угольных шахт.
Практическая реализация указанного метода возможна при создании машин и механизмов, способных генерировать и передавать угольному пласту сейсмические нагрузки с независимым и плавным регулированием выходных показателей — амплитуды силы и перемещения, частоты, скважности и формы импульса.
Авторы работы исследовали состояние современных методов прогнозирования техногенных аварий и катастроф в угольных шахтах, основные причины которых — внезапные выбросы из углепородных массивов, а их очаги — тектонические нарушения пластов, в которых скапливаются значительные объемы газа при повышенном давлении.
В последние годы для обнаружения подобных нарушений используется сейсмоакустический метод. Анализ применения этого метода в Кузнецком, Донецком и Карагандинском угольных бассейнах показал его невысокую эффективность из-за невозможности оперативного регулирования параметров воздействия на массив при изменяющихся его физико-механических свойствах и условиях залегания. Установлены основные закономерности распространения и отражения волн в угольных шахтах при сейсмоакустических воздействиях на углепородный массив, позволяющие оценить характер геологических нарушений. Они легли в основу научно обоснованных рекомендаций для разработки адаптивного метода воздействия на углепородный массив при создании системы повышения безопасности угольных шахт.
Создан комплекс технических решений, обеспечивающий возбуждение сейсмоакустических волн с заданными параметрами и с возможностью их оперативного регулирования с изменением физико-механических свойств массива и условий его залегания. Исследованы закономерности рабочих процессов модуля, позволяющие генерировать и передавать в углепородный массив сейсмоакустические сигналы заданной формы, амплитуды и частоты. Предложена математическая модель для расчета основных параметров вибрационно-сейсмоакустических модулей, обеспечивающих устойчивую передачу сейсмоакустических сигналов в различных горно-геологических условиях.
Получены зоны устойчивой отработки сейсмоакустического сигнала для различных режимов работы вибрационного модуля и форм управляющего сигнала. При этом наиболее оптимальный с точки зрения технической устойчивости — синусоидальный управляющий импульс.
В процессе исследований были поставлены и решены следующие задачи :
— Проведены аналитический обзор современных методов обнаружения геологических нарушений и критический анализ результатов сейсмоакустических исследований в углепородных массивах.
— Установлены основные закономерности распространения и отражения сейсмоакустических волн в угольных пластах при сейсмоакустических воздействиях на углепородный массив.
— Разработана система повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива с выбором оптимальных амплитуд, частот и скважности для обнаружения нарушений и прогноза зон внезапных выбросов.
— Исследованы и оптимизированы основные параметры исполнительных органов для сейсмоакустического воздействия с учетом характеристик углеродного массива.
— Выполнены математическое моделирование и выбор оптимальных режимов адаптивного сейсмоакустического воздействия для установления характера нарушений и их координат.
— Использование полученных результатов исследований позволит отказаться от дорогостоящих взрывных работ в угольных шахтах при сейсмоакустических исследованиях, уменьшить простои технологического процесса добычи, снизить непроизводительные расходы, связанные с проведением бросовых горных выработок.
Оборудование, изготовленное на основании результатов исследований, было установлено на экспериментальном полигоне ТОО «МашЗавод № 1», используется на промышленных объектах КФ АО «Азимут Энерджи Сервисез» и ТОО «Научно-производственная фирма «Данк».
В результате проведенных комплексных теоретико-экспериментальных исследований впервые были:
— установлены закономерности распространения и отражения сейсмоакустических волн в угольных пластах при адаптивном методе воздействия;
— созданы методические основы адаптивного метода воздействия на углепородный массив, обеспечивающие возбуждение сейсмоакустических волн с заданными параметрами, для обнаружения геологических нарушений, прогнозирования зон внезапных выбросов и повышения безопасности работ;
— подготовлен комплекс технических решений по созданию системы повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива;
— разработана методика сейсмоакустических воздействий на массив, позволяющая установить характер распространения сейсмоакустических волн в тектонически нарушенном углепородном массиве с оценкой характера нарушений и их координат.
Основной показатель, характеризующий эффективность сейсмоакустического воздействия на углепородный массив, — вид амплитудного спектра. Предложены критерии выделения зон нарушенности углепородного массива, в том числе для выявления мелкоамплитудных тектонических нарушений.
В угольной промышленности Украины в 2004 г. ра¬ботали 169 шахт (технических единиц) с установ¬ленной производственнойРезультаты работы утверждены и уже широко применяются на шахте им. 50-летия Октябрьской революции Карагандинского угольного бассейна; в Карагандинском филиале КФ АО «Азимут Энерджи Сервисез»; экспедиции «Карагандауглеразведка» и ТОО «Институт Гипроуглегормаш».
Рецензенты работы, в частности, отметили, что результаты проведенных многолетних исследований являются актуальными для России, Казахстана, Украины и других угледобывающих стран.
Выдвинутая авторами рабочая гипотеза о том, что повышение эффективности мониторинга за состоянием углепородного массива, обнаружения нарушений и разгрузки его от внутренних напряжений возможно при создании адаптивного метода воздействия, реализована в комплексных теоретико-экспериментальных исследованиях вибрационно-сейсмического гидравлического модуля и основных закономерностях распространения и регистрации сейсмических волн в углепородном массиве.
При этом разработан и исследован новый метод воздействия — адаптивный, заключающийся в неоднократном воздействии на массив детерминированных механических колебаний заданной формы, частоты, амплитуды и скважности.
Авторами установлены рациональные величины внутренних параметров и выходных показателей как метода в целом, так и устройства для его осуществления — вибрационно-сейсмического модуля. Экспериментальные исследования показали достоверность принятых гипотез и предположений и дали возможность установить поправочные коэффициенты для их введения в расчетные формулы.
Члены Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А. Скочинского особо отметили, что результаты проведенных исследований были опубликованы в научно - технических изданиях России, Казахстана, Украины и др., а также представлены на научно-технических советах, совещаниях и конференциях, в НИИ и вузах.
По итогам обсуждения результатов работы «Создание системы повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива» и представленных авторами опу бликованных работ и патентов, а также масштабности и значимости решенных ими задач было сделано заключение, что выполнено актуальное и значимое для горной науки научное исследование.
В соответствии с действующим Положением о премии им. акад. А. А. Скочинского коллективам авторов в торжественной обстановке были вручены дипломы лауреатов премии и нагрудные знаки с изображением А. А. Скочинского.
Комиссия и Совет учредителей информируют научную общественность о результатах проведенных конкурсов за 2009 и 2010 г г. и приглашают к участию на соискание премии в 2011 г. При этом напоминают, что лауреатами премии могут стать граждане Российской Федерации, а также их коллеги — соавторы по работам — граждане СНГ.
Члены Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А.Скочинского выражают благодарность и признательность Юрию Людвиговичу Худину, председателю комиссии, за плодотворное сотрудничество, желают ему долгих лет жизни и благополучия.