Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Сдвижение и дегазация пород и угольных пластов при очистных работах

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
8.07 Mб
Скачать

 

5 . Газовый баланс

добычного участка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зная общий объем газа,выделившегося с нахдого ЛСТОЧШВ ыегановыде-

ления,

можно перейти

к

определению

объема га за

& » выделявшегося на

учас­

ток

за

время

è

 

обработка лавы

мэ всех источников Метановыделения:

 

 

 

 

 

 

 

 

* % * 1 , * Ь * - * 1 » ’

 

 

 

 

 

 

где

 

количество

 

r a s a iноогуиявшее i s

разрабатываемого пласта,м3;

 

 

£ /» •••»

Яп

объем г а з а ♦ поступавшего

соответственно

из

 

я

спутника ала

 

слоя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общую абсолютную метавообильность участка

ооределим из

выражения

 

 

 

 

 

 

 

 

Vg uve 0 * va t * va 2 * '" * van

f * 8/***J>

(У.оО)

где

 

vaû

-

дебит

г а з а

аз разрабатываемого

пласта,

мэ/мжя; Var a 2'" ’a/T'

дебит

гава,определяемый

по формулам (У.24) я

(У.25)

соответственно

нз

I,

2,

, .

 

я

опутника,

мэ/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая относительная метаяообильяость добычного участка определяет­

ся как сумма составляющих метанообильности для каждого спутника:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W -31)

 

где

 

-

составляющая о т |9смтельной

метанообильности за

 

счет

раз­

рабатываемого

пласта»м8;

f y ,

 

von

»

- составляющие относи­

тельной матанообильнсюти,определяемые по формулам (У,28)и (У,29), м8.

 

Уравнения (У .24),

(У.2 5),

(У .28)-(У .31)

 

характеризуют

дебит

га за

на участок для заданного момента времени,которому соответствуют определен­ ные значения входящих параметров: размеры очистной выработки, мощность разрабатываемого ж сближенных пластов .расстояние между, ними,скорость подвигания эабоя лавы и др. Приведенные уравнения являются основой метода оперативного прогноза метанообильности газового баланса добычного участ­ к а . Подстановка в эти уравнения средних значений имеющихся исходных пара­ метров позволяет получить прогноз средних значений метанообильности до­

бычного участка.

С целью проверки предложенных в настоящей работе зависимостей, полу­ ченных на баае разработанных в предыдущих главах математических моделей динамики процесса сдвижения горных пород и газового давления в них .были выполнены расчеты общего количества г а з а , выделившегося на добычные участ­ ки шахты "Ясиновская-Глубокая" и шахты им.К.Й.Поченкова в-Донбассе.Резуль­ таты расчета по предложенным зависимостям и сравнение их с фактическими данными представлены на р и с .3 5 ,3 6 ,из которых видно,что при уходе западной

лавы

шахты "Ясиновокая-Гдубокая" от разрезной

почв на 800 и выделилось

4 ,7

млн.м9 метана (ри с.3 5 ),причем искусственная дегазация

отсутствовала.

Расчетное количество г а з а за указанный период

составляло

4 ,8 ион.м8.

Q 'IO 'W

Рис .35 . Расчетная

(1) и экспе­

Рис.36. Зависимость общего количе­

риментальная (2) кривые зави­

ства газа,выделившегося

ва добыч­

симости общего количества газа,

ный участок,o r положения

забоя

выделившегося иа добычной учас­

1-й восточной лавы западного брем­

ток, от положения

забоя

1-й за­

сберга

(пласта

.горизонт 915 и ):

падной лавы пласта

i l

шахты

1,2 -

объем г а з а ,

полученного соот­

"Ясиновская-Глубокая .

 

ветственно в результате ведения де­

 

 

 

газационных работ

и проветривания;

 

 

 

3 - суммарное количество

газа,п о ­

 

 

 

лученного при дегазации и провет­

 

 

 

ривании участка;

4 - объем газа,

 

 

 

полученного по расчетным формулам,

В условиях шахты им.К,И.Поченкова фактическое количество га за при удалении лавы от разрезной печи на расстояние 520 м составило 4 ,9 мдн.м9 а расчетное - 4,5 млн.и9 (рис.3 6). В этом случае кроме 3 ,2 ыдн.м9 га за , поступающего на исходящую отрую участка, учтен объем га за , полученный в результате дегазационных работ.За указанный период он составил

1,3 млн.м9.

З а к л ю ч е н и е

Установленные на базе шахтных экспериментальных н теоретических ис­ следований закономерности сдвижения земной поверхности и массива гордых Пород в процессе ведения .очистных работ дозволили разработать математи­ ческое описание процесса сдвижения горных пород при движущемся забое ла­ вы, количественно оценить параметры процесса сдвижения с учетом горногеологических и технологических факторов, получить уравнения зоны сдви­ жения, граничной поверхности, зоны нетронутого массива горних пород.

Выполненный комплекс шахтных экспериментальных исследований показал, что пластовая надработка выбросоопасных пород,являяоь средством разгрузки массива от дополнительных напряжений и давления га за , приводит к необра­ тимым сдвижениям и остаточным деформациям пород. Эти исследования явились основой для разработки математической модели сдвижения надрабатываемого

выбросоопасного массива горных пород, находящегося

в зонах активных

сов­

ременных движений земной коры.

изученных глубинах

. Напряженное состояние

выбросоодасиых пород при

разработки характеризуется

наличием дополнительных

к гравитационным

на­

пряжений, обусловленных влиянием современных движений земной коры.

В работе впервые на основе исследований и математического описания

процесса сдвижения усыновлены закономерности образования полостей рас­ слоения горних пород при движущемся забое лавы.позволившие получить рас­ четные формулы для определения объемов полостей расслоения.объемов пу­ стот в зоне беспорядочного обрушения.а также, коэффициента разрыхления пород.Выполненные исследования показали,что при увеличений глубины раз­ работки плаота происходит увеличение объемов полостей расслоения,как коллекторов га за , достигающих в определенных уоловиях о£$ объема выну­ того полезного ископаемого.

На базе комплексных экспериментальных наблюдений за сдвижением и де­ газацией надрабатываемого выбросооласного,газонасыщенного песчаника в условиях шахты им.н.И.Почелкова в Донбассе, 'а также на основе исследова­ ний газовой динамики сближенных пластов Донбасса, Кузбасса,Караганды,Вор­ куты и Сучена, выполненных в институте физики земли АН СССР,установлено

качественное подобие процесса сдвижения и процесса падения давления газа в породах и сближенных пластах.

Разработанный метод определения параметров дегазации разгруженных от горного давления пластов и пород с изменяющимися фильтрационными па­ раметрами позволил количественно оценить процесс изменения газового дав­

ления, а

также распределение остаточного газового давления.для верхнего

и нижнего

полупространства.

Предложенный метод расчета метанообильнооти добычного участка с уче­

том процесса сдвижения пород дает возможность дифференцированно подойти к количественному определению доли участия всех пластов-спутников в об­ щем газовом балансе добычного участка,что является основой для создания методов прогноза метанообильнооти и газового баланса добычных участков.

Л i i в p a i у р в

1, Абрамов Ф.А., ЫякенькиЙ В.И. Образовавже полостей на границе очистной выработки и явление активизации сдвижения горных пород. - В к н .: Техника безопасности, охрана труда и горно-спасательное дело,8 (2 6 ), "Недра", М.,1969.

2 . Абрамов Ф.А., Мякенькнй В.И. И определенно зон разгрузки пород вокруг очистной выработки. - В кн»: Выбросы породы и г а з а . "Наукова думка ,

Киев, 1971.

3* Авершин С.Г. Расчет деформаций массива горных пород под влиянием под­

 

земных разработок. Изд.ВНИМИ, Л .,

I960.

 

через

4 . Айруви А .Т ., Поморцев В .А ., Князьков Е.Ф. О фильтрации метана

 

междупластовую толщу при подработке крутых угольных пластов. - В

 

к н .:

Проблемы борьбы с рудничными газами и пыль». "Наука",

Ы»,

 

1969.

 

 

дегазации подрабатываемых и надрабаты-

5 . Айруни А.Т. О закономерности

 

ваемых крутых угольных пластов. -

В к н .: Проблемы борьбы с

руднич­

 

ными газами ж пылью. "Недра", М.,

1969.

 

 

6 . Акимов

А.Г, Сдвижение горных пород при подземной разработке уголь­

 

ных и сланцевых месторождений."Недра", М .,1970.

 

7 . Ватутин

и.А . Сдвижение и деформации земной поверхности и горных по-

 

над

движущимся забоем. -

В к н .: Сб.трудов

ВНИМИ, 47 . Изд.ВНИМИ,

8 .

Г , 1962.

 

 

 

 

 

Батугин

С.А ., Шаманская А.Т. Исследование напряженного состояния мае- -

 

сива пород методом разгрузки в условиях Таштагальского железорудно­

 

го месторождения. - В к н .: Физико-технические

проблемы разработки

9 .

полезных ископаемых, 2 . . "Наука",

Новосибирск,

1965.

 

ьатугив'С.А . К расчету

деформаций земной поверхности при подземных

 

разработках. - В к н .:

Со.трудов ВНИМИ, 58. Изд. ВНИМИ, Л ., 1966.

10.Вереда В.С. и др. Донбасский полигон по изучению современных движе­ ний земной коры и первые результаты исследований на нем. - В к н .:

I I .

Современные движения земной коры, 4 . Изд. ВНИТИ, М .,1966.

Ершов Н.М. Аналитическое исследование поверхности мульды сдвжжения.-

,

В к н .: Сб.трудов ВНИМИ. 32. Изд. ВНИМИ,Л., 1958.

12.Земисев В.Н. Расчет деформаций подработанной слоистой толщи при раз­ работке пологих пластов. Автореферат нанд.дяс. Ленинградский горный институт, Л .,1966.

13.Иофис М.А. Активизация сдвижения земной поверхности при совместном

14.

влиянии двух лав. -

В к н .: Сб»трудов ВНИМИ,4 2 . Изд.

ВНИМИ,Л.Л961.

Иофис М.А. Расчет

деформаций'земной поверхности во

Львовско-Волын-

.

ком бассейне. - В к н .: Сб.трудов ВНИМИ,50. Изд. ВНИМИ,л., 1963.

15.Иофис М.А., Мякенький В.И. Уравнение мульды сдвижения земной поверх-' вости при отработке свиты пластов в условиях Западного Донбасса. -

В к н .:

Разработка месторождений полезных ископаемых, 19. ”Техн1ка",

Киев,

1970.

с горными ударами и внезап­

16. Использование защитных пластов для борьбы

ными выбросами угля и га за . Изд.ВНИМИ,Л.,

1966.

17.Кнотте (Г. Уравнение профиля окончательно сформировавшейся мульды сдвижения. - В к н .: Вопроси расчета сдвижений поверхности под влиянием горвых выработок. Углегохиздат, М .,1956.

ных пород, - В кв. : Разработка месторождений полезных вскопаеыых,

30, "Техн1ка",

Киев,

11/72.

в подработанной

40. Мякенький В.И .,

Василенко Г Л '. Полости расслоения

толще пород. -

В к н .: Технология добычи угля подземным способом,

М (71). *Недра",

М .,1972,

Ярембаш И.Ф, Газоносность пород

больших

41. Николин В .И ., Лысеков

Б Д .,

глубин. "Донбасс",

Донецк,

1969,

моделях

из экви­

42. Оглоблил Д .Н .,

Зоря

 

Креыев Н.И. Изучение на

валентных материалов сдвижения горных пород и земной поверхности

при выемке свиты пологоладащнх пластов. - В кн. Î

Сб.трудов ВИНЧИ,

44. Изд.ВНИМИ Л .,

1962.

 

 

 

43. Осипов С.Н. Расчет метанообвльыости выемочного участка при системе разработки парными штреками. - В к в .: Методы определения газоносно­ сти пластов и прогноза газообвльносги шахт. Госнаучтехнздат литера­ туры по горному делу, М .,1962.

44. Осипов С.Н. Мегановвделение из сбдихенных пластов в выработки раз­ рабатываемого пласта при комбинированной системе разработки пологих пластов парными штреками. - В к н .: Вопросы безопасности в угольных шахтах,13. Госгортехиэдат, М .,1962.

45. Паназов Й7Г., Могильный С .Г. Теория ошибок и способ наименьших квад­ ратов. "Недра", М .,1968.

46. Пет*юсяв А ., Сергеев И. Метановыделеыия и борьба с газом в глубоких угольных шахтах. Доклад на международной конференции научно-исследо­ вательских институтов по безопасности работ в горной промышленнос­ ти. Изд.МакШ , Донецк, 1971.

47Петухов 11.М. Опыт разработки угольных пластов опасных по горным ударам, Иэд.ПНИТИ, Я .,I960.

48. Петухов И.М., Федотов А.П. К вопросу о размерах защищенной зоны при недостаточной мощности защитного пласта. - В к н .: Сб.трудов ВНИМИ, 5 2 ."Недра", М .,1964.

49. Петухов И.И. и др. Горные удары и борьба с ними на шахтах Кизеловсюь го бассейна. Пермское областное книжное иэд-во, Пермь,1969.

50. Петухов И.М., Тетеревенков В.В. Механизм, границы, степень действия

защитных пластов. -

В к н .: Внезапные

выбросы в

угольных шахтах

(Сб, трудов У Всесоюзного научно-технического

совещания по борьбе

с внезапными выбросами угля и г а з а ) .

"Недра",' М.. 1970.

51. Петухов И.М. и др.

Защитные пласты."Недра", Л ., 1972,

52. Печук и.м.

Дегазация спутников угольных пластов скважинами.Угле-

техиздат,

м .,1956,

 

 

 

63. Правила безопасности в угольных я оданцевых шахтах."Недра",М ., 1964,

54. Правила охраны сооружений н природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок в донецком угольном бассейне. Иэд.МУП

СССР,М.,1972.

55. Ребиндер П .А ., Шрайнер Л.А ., Кихач К,Ф, Понизители твердости в бурении. Изд-во АН UUCP.М., 1944.

56. Рыжик И.М., Грандштейн И.С. Таблицы ядтегралов, сумм,рядов я произ­ ведений. Физматгнз, М .,1963.

57. Середняков П.Я. Дегазация сыехных пологих и наклонных угольных плаотов, - В кя. : Вопросы теория дегазации угольных пластов vТруды все-> союзного научно-технического совещания по теории дегазации,М осква,' 1961 г . ) . Госнаучтехиздат литературы по горному деду, Я ,, 1963.

58. Слесарев В.Д. Управление горным давлением при разраоотке угольных пластов Донецкого бассейна. Углетехиздаг, М., 1952.

59. Тарасов Б .Г . Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт. •Недра", М., 1973.

60..Турчанинов И .А ., Марков Г,А . Влияние новейшей тектоники на напря­

женное состояние пород в Хибинских

аппатитовых рудниках. - Изв.

АН СССР.Фиэика земли, 1966, 8 .

*

61. Указания по установлению очередности и порядка отработки пластов на шахтах Центрального района Донбасса, разрабатывающих пласты,

опасные по внезапным выбросам угля и г а з а . Йзд.ВШШ, Л .,

1971.

62. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и г а з а . Госнаучтехиздат

литерату­

ры по горному делу. М .,1961.

 

63*

Ходот В.В. 1 др. Физические основы прогноза

и нредупоехденяя гаао -

 

ивамических явлений. -

В кн. : Физико-технические проблемы разра-

 

§

 

ископаемых,

5 . "Наука", Новосибирск, 1967.

64*

отки полезных

Эттингер И .Л .,

Протодьяконов U.M. Изменения в твердости каменных

65.

углей при насыщении их метаном. -

ДАН СССР,

1952, 3 4 .6 .

Эттингер И .Л .,

Ламба Е .Г .,

Адамов В .Г . Родь

газа как

понизителя проч­

66.

ности каменных углей. - ДАН СССР,

1954. £ 9 ,6 .

среды в процессах

Эттингер И .Л .,

Ламба Е .Г ., Адамов

В .Г . Роль газовой

67.

разрушения угля. - ДАН СССР, 1956,

И З .

 

^

Эттингер И .Л .,

Ламба Е .Г . Изменение механической прочнооти углей

68.

при насышении

их газами. - Уголь, 1957, 10.

и структура угля, нед-

Эттингер И.Л. Внезапные

выбросы угля и га за

69.

Вебер н ! ’Горное давление как причина газоносности, суфляров, внезап­

 

ных выбросов и горных ударов. -

 

Grubengaaae 1M Oeblrge

70 . P a tte ie k y К.

Die. Art d a r

Vorhandenaeinea dee

 

und eeia e e

A u ftrate n a . -

B erg b au a rc h ir,1954,' 2.

 

71. Poraxaan R,

Zur

S la g w e tte rfra g e . -

Rluokauf .

1940»

 

О г л а в л е н и е

 

 

 

 

 

 

 

Предисловие

*

....................................................

 

 

 

 

. . . . .

3

Глава I. Сдвижете горнах пород к эемноН поверхности при

6

движущейся забое лавы . . . . . . . . ..................

1. Условия применимости интегральной функции Гаусса для

5

описания процесса сдвижения горнах пород

. . . .

2 . Математическая модель процесса сдвижения горнах

пород

9

- при движущемся забое лава

........................................

 

 

3 . Определение параметров сдвижения подработанной толщи

16

горнах

пород

 

. ;

................................... ....

 

 

 

4 . Математическая интерпретация вона сдвижения.граничной

21

поверхности, зона нетронутого массива горнах пород

Глава Я, Сдвижение надрабатнваеыой толщи горнах пород в зонах

24

повашеннах тектонических напряжении ...........................

 

 

1. Напряженное состояние нетронутого массива горных

24

пород в зонах современных движений земной

коры

. . .

2 . Исследование сдвижения надрабатнваемой толщи выбросо-

2?

опасньх песчаников

 

 

. .....................................................

3. Исследование характера вертикальных сдвижений надра-

29

батываемого массива

гордых пород

. . . . . . . . .

Глава -Ш. Образование полостей расслоения в подработанной

33

толще горных пород

 

..................................................................

 

 

 

 

1. Методы исследования процесса образования полостей

 

расслоения

 

 

............................................

 

 

 

 

2 . Параметра полостей расслоения ............................................

 

 

 

 

3. Динамика образования полостей и пустот в подрабатываемой

40

толше горных пород

 

 

.........................................................

расслоения при раз ­

" 4 . Особенности образования полостей

45

работке дластов на больших глубинах

. . . . . . .

5 . влияние процесса расслоения пород на газодинамику

49

выемочного участка

• . ................................................ ....

6 . Погашение полостей расслоения при проведении смежной

50

очистной выработки

 

 

................................

 

 

 

7. Экспериментальные исследования процесса образования

Н

полостей

в шахтных

условиях

. . . . . . . . . . . .

Глава 1У. Динамика давления газа в сдвигающемся массиве

 

 

горнах пород й сближенных пластах при равномерно

57

движущемся забое

лава

.....................................................

 

 

.

1. Общие закономерности

процессов сдвижения

и дегазации

57

горных пород под влиянием очистных ..................работ

'

,

2 . Зависимость относительного газового давления от рассто­

62

яния до подрабатываемого

и аадрабатываемого слоя . . .

3 . Математическая модель динамики газового давления в

64

сдвигающемся массиве

горних пород ..................

 

. . .

4. Границы

защищенной зона

и оценка условий выбросоопас-

66

’ HocTii

в

заданной точке

массива

. ...............................

5 . Закономерности изменения давни кривой падения газового давления при удалении до нормали от очистной выработки

Глава У. Расчет метанСюбильности добычного у ч а с т к а ..................

I* Методологичёский подход к решению задачи расчета коли­ чества газа,выделяющегося из подработанного пласта,о использованием изотермы емкости .......................................

2 . Расчет общего объема газа,выделившегося иэ подработан­ ного (надработанного) пласта (пространственная задача)

3 . Абсолютная скорость дегазации сдвигающегося пласта

• .

4 . Составляющие абсолютной и относительной метанообильно-

оти добычного участка при дегазации любого сближенного

пласта ............................... .......................................................

• * • • . . ’ . .....

.

5 . Газовый баланс'добычного участка

. •

Заключение ..............................................................................................

 

Литература ...........................................................................

 

 

Валентны Иванович Иякенький

СДВИХЕНИЕ И ДЕГАЗАЦИЯ ПОРОД

И УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПРИ ОЧИСТНЫХ РАБОТАХ

Печатается по постановлению ученого совета Института геотехнической механики АН УССР.

Редактор Л,Е.Зборовская, И.Г.Бобрышева Художественный редактор И.П.Савицкая Оформление художника Г.М.Балюна Технический редактор И.М.Баядкиева Корректор С.ВЛисицына

Подписано к печати 12.XI 1975 г . БФ 02687. Бумага офо. Л 2,

60x84 I/I6 *

Уел.печ.листов 5,81 . Уч.-изд.листов 6,62, Тирах 800. Зак,

b .

Иэд. Л 66 . Цена 66 коп.

 

7

Издательство "Наукова думка", Киев, Репина, 3 .

производственного

Киевская типография научной книги реЬпубликанского

объединения "Подиграфкнига" Госкомиздата УССР, Киев,

Репина,

4 ,