1. проф.к.т.н.В.Н.Артамонов., доцент. Кузык И.Н., асс.Николаев Е.Б., Баранов А.В. Украина, Донецкий Национальный Технический Университет.

В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности буровзрывных работ путем изменения свойств угля направленным низконапорным гидровоздействие. Предлагаются и обосновываются параметры увлажнения в зонах БВР для снижения проявления вредных негативных явлений.


     

Возможности повышения эффективности БВР путем напрвленного изменения свойств угля гидровоздействием
     Интенсивное развитие горных работ на шахтах Украины возможно при повышении безопасности их ведение,обеспечения здоровых санитарно-гигиенических условий труда путем совершенствования существующих и создания новых высокоэффективных методов предотвращения возникновения опасностей в первую очередь для наиболее сложных и поасных условий работы в очистных и подготовительных забоях.
     Взрывные работы отличаются своей повышенной опасностью,так как связаны сприменением чувствительных к внешним воздейсвиям веществ и выделением при взрывании большого количества ядовитых вредных газов.
     Существующая технология и техника ведения БВР не исключает возможности загазирования,взрывов метана и угольной пыли, что приводит к большому числу несчастных случаев с тяжелым и смертельным исходом. Образование при БВР большогоколичества химического разложения ВВ представляет опасность общего отравления организма и способствует профессиональным заболеванием горнорабочих.
     Ведение взрывных работ следует рассматривать как систему совокупности процессов, объединенных взаимодействием среды и ВВ. Анализ этой системы позволит обеспечить удовлетворение требований по созданию безопасных и эффективных условий ведения взрывных работ.
     Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные Донецким Национальным Техническим Университетом(ДНТУ) в течении последних лет показали, что при определенных условиях обработки угольных пластов водными растворами поверхностно-активных веществ можно достичь такого увлажнения, когда вода проникает к микропорам и это приводит к максимальному эффекту гидровоздействия.При этом сущесвенно снижается проявление вредностей при разработке угольных пластов: снижается газовыделение, уменьшается пылеобразование, происходит перераспределение горного давления за счет изменения прочностных свойств угля.
      Управление прочностью угля путем низконапорного нагнетания в пласт водных растворов ПАВ приводит к формированию увлажненной зоны угольного массива, подготовленной для ведения технологическихопераций, в том числе и буровзрывных работ. Притаком режиме нагнетания происходит следущее:
     -образуетсядополнительная система микротрещин и происходит как частичное вытеснение газа, так и его изоляция в субмакропорах и микропорах, в конечном итоге теряется способность газа к выделению даже при мельчайшем разрушении;
     -изменяются механические свойства угля в сторону увелечения пластичности и уменьшения прочностных характеристик, что приводит к перераспределению напряжений вокруг и впереди выработки, зона повышенных напряжений перемещается в глубь массива;
     -происходит адсорбционное понижение прочности на поверхности трещин и растворение минеральных включений (обменная и молекулярная адсорбция), приводящее к ослаблению угольного пласта и снижению эноргоемкости его выемки, снижению уровня концентрации напряжений и неравномерности их распределения.
     На основании исследований ДонНТУ на ряде шахт разработаны и внедрены мероприятия по повышению эффективности низзконапорного увлажнения в зонах влияния горных выработок и очистных забоев.
     Проведение увлажнения поэтапно при длине скважин с использованием перемещения максумума опорного давления (автонагнетация) позволяет повысить эффективность нагнетательных скважин в 2...5 раз, увеличить приемистость сважин, снизить сопротивление угольного массива нагнетанию воды и изменить его фильтрационные характеристики.
     К настаящему времени установлено влияния изменения физико-механичесих свойств угля краевой части, подверженной увлажнению, на напряженное состояние прилегающей к горной выработке части массива и характер геомеханических процессов в массиве.
     При уменьшении предела прочности угля на одно сжатие на 10% происходит перемещение максимума опорного давления от выработки вглубь массива на 12-14%.
     Ведение БВР в увлажненной зоне может привести к существенному изменению их параметров и времени выполнения отдальных операций (в часности -время отводимое на бурение шпуров), повысит при этом эффективность самого взрыва.Особо следует отметить роль увлажнения в снижении выделения ядовитых газов образующихся при БВР и адсорбирующихся на поверхности рвзрушеного угля за счет образования поверхностных пленок растворов ПАВ.
     Приимущество данного метода увлажнения могут быть реализованы при условии равномерности увлажнения в зонах ведения технологических операций. Лабораторных исследования направленные на опеределениеоптимальной добычи ПАВ к воде в зонах ведения БВР показали, что при этом наиболее эффективное и равномерное увлажнение достигается при С=0,6....1%.
     Установлено,что энергоемкость разрушаемости угля зависит не только от характера приложения нагрузок ( взрывное разрушение, механическое разрушение), но и от физико-механической свойств среды. Внашем случае эноргоемкость разрушения угля снижается на 35-40%.
     Методика проведения лабораторных исследований включала:
     -подготовку и обработку образцов угля;
     -обработку образцов угля водными растворами ПАВ;
     -оценку равномерности увлажнения угля после гидрообработки(взвешиванием и по прохождения звуковых волн);
     -разрушение-взрывное или механическое (ударное) увлажненных образцов угля и определение гранулометрического состава разрушенногоугля;
     -оценка влияния степени увлажнения образцов на их разрушаемость.
     Существующая методика позволяет характеризовать деформационные свйства угля-коэффициент Пуассона, модуль упругости, модуль сдвига. Установлено, что при увелечении влажности модули сдвига и упругости уменьшаются, что свидетельствует об увелечении пластичности угля,и это конечном итоге приводит к снижению возможности накопления энергии и её реализации.
     В результате проведенных исследований установлено существенное влияние физико-механических свойств угля (управление которыми проводится гидровоздействием с использование ПАВ) на процкссы разрушения, как взрывным, так и механическим способом. В конечном итоге это приводит к корректировке параметров БВР, перераспребелению баланса выделяющихся газов при взрыве ВВ, созданию нормальной атмосферы в зонах их выделения.
Перечень ссылок
1.Гребенин С.С., Артамонов В.Н. Исследование изменения свойств угольного пласта в зонах увлажнения. Физико-механические проблемы горного производства. Сборник научных трудов Национальной академии наук Украины,отделение горных проблем ДонФТИ, Выпуск 4, Донецк,2001,с.64-71.

2.Артамонов В.Н., Бондаренко А.Ю.,Кузык И.Н., Замай Л.В. Исследование влияния увлажнения краевой части угольного пласта на механические процессы вокруг выемочной выработки// Известия донецкого горного института, Донецк, ДонГТУ,1997.-№1(5).-с.46-50.

3.Артамонов В.Н. Принципы поэтапного гидровоздействия на угольный пласт и эффективность его применения в шахтах // Известия Донецкого горного института, Донецк, ДонГТУ,1997.-№2(6).-с.73-79.

4.Артамонов В.Н., Николаев Е.Б. Предварительное увлажнение как комплексный метод повышения эффективности и безопасности горных работ. Монография "Геотехнологии на рубеже ХХІ века", Донецк, ДонГТУ-ДУНПГО, Том1, 2001.-с.124-129.

5.Артамонов В.Н., Бондаренко А.Ю. О возможности управления технологическими свойствами угля увлажнением краевой части угольного пласта // Известия Донецкого горного института, Донецк, ДонГТУ,1995.-№1.-с.21-24.

6.Методика лабораторных исследований изменения физико-технических свойств угля при гидровоздействии / Сост.Артамонов В.Н., Николаев Е.Б., Баранов А.В.,ДонНТУ,2001.-32 с