Разработка научных основ техногенной геодинамической безопасности ведения горных работ в угленосной толще при отработке мощных выбросоопасных угольных пластов

• Автор: Бирюков, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.15.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 47 с. : ил.; 20х15 см

Работ выполнена в ПО "Карагандауголь" и НИЦ 17/ - Институте
горного дела им.А.А.Скочннского
Официальные оппонент: проф.,дот.техн.наук А.М.Морен
проф. „дот.тех».наук С.А.Яруітн проф.„докт.техн.наук Г.А.Катков
Ведущее предприятие - Институт проблем комплексного освоения
недр Российской академии наук е.Москва
Диссертация в виде научного доклада разослана "Ш" 1998г.
Защита диссергащии состоится 2аоггп ..&£ря 1998г. в № час.
На заседании диссещационного совета Д. 135.05.02 Института горного дела им.А.А.Скочннского.
С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в секретариате ученого совета Института.
Отзывы в двух экземплярах оросим направлять по адроесу: 140004, г.Люберцм Московской области, НИЦ ГП - Ш'Д им.А.А.Око-чинскогл
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Настоящий доклад во опубликованным в 1986-1997га. работам автора посвящен теоретическому обобщению результатов комплексных шахтных исследований и экспериментально-промышленных работ но научному обоснованию, разработке и внедрению безопасных условий интенсивной добычи угля при отработке мощных выбросоопасных пластов.
Актуальность проблемы. В связи с изменением стратегической линии в развитии топливно-энергетических комплексов стран СНГ, увеличением доли нефти и газа в общем балансе энергопотребления добыча энергетических углей, особенно подземным способом, будет значительно сокращаться. В результате чего в эксплуатации, в основном, останутся шахты, разрабатывающие пласты, угли которых идут на коксование.
Как правило, это пласты, которые относятся к сверхнатегор-ным по газу, опасным по внезапным выбросам угля и газа, имеют высокую природную газоносность и повышенную газодинамическую активность.
Так, в настоящее время в Карагандинском бассейне объем добычи угля с выбросоопасных пластов составляет около 30%, с угрожаемых по внезапным выбросам шахтопластов добыча коксующихся углей составляет 40%. С сокращением добываемых запасов коксующихся углей в угрожаемой зоне возрастет добыча угля на более глубоких горизонтах, х.е. в выбросоопасной зоне.
Если в изменении относительной частоты внеаапных выбросов по годам и с глубиной горных работ отсутствует ясно выраженная закономерность, то средняя интенсивность выбросов обнаруживает отчетливую тенденцию к росту. Так, если в интервале глубин 200-300 м количество горной массы на 1 выброс составляет 43,3т, а метана 4,7 тыс.м3, то в интервале 300-400 м 60,6т и
10,1 тыс.м3, а в интервале 400-800 м - 360,8т и 104,7 тыс.м3 ответственно. Это приводит к значительному увеличению затрат % создание безопасных условий работы.
Сложившаяся ранее, до перехода к рыночным отношениям, прак--ш вовлечения запасов угля с других шахтопластов для выполни-ш плановых заданий привела к деконцентращт горных работ. В ультате значительно увеличилась протяженность поддерживаемых рлботок, усложнились транспортные цепочки и вентиляционные :фи. Данная ситуация повышав? степень опасности при протекании |*одинамических явлений, повышается вероятность опрокидываяия х струй, эагазирование подземных и поверхностных
имеются источники воспламенения метана

Существенное повышение концентрации горных работ, широкое применение прогрессивных технологических схем "лава-шахта”, "лава-оласт" и скоростных проходческих комбайнов невозможно без решения проблемы предотвращения газодинамических явлений в подземных выработках.
Диссертация обобщает результаты научно-исследовательских работ, выполненных при непосредственном растил и под руководством автора, в соответствии с планами по общесоюзной научно-технической проблеме 019 "Минеральные ресурсы", проблеме 0.05.05 "Создать и внедрить методы и средства прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа, горных ударов, взрывов газа и пыли а угольных шахтах" ГКНТ СССР, планами НИР Института горного дела им.А.А.Сночинского, КНИУИ (КазНННу-голь), КО ВостНИИ (КазНИИБГП), КарПТИ, которые отражены в отчетах по темам: 01,02,13(02), 0116210000, 0116210101,
1640025000-081, 01400010000, 0140042000, 1892030000,
1692015000, К 1692041000, К 1692042000 и др.
Цель диссертационной работы состоит в разработке системного подхода я обеспечению безопасности ведения горных работ при отработке мощных выбросоопасных угольных пластов.
Основная идея работы заключается в комплексном рассмотрении основных аспектов проблемы борьбы с газодинамическими явлениями по схеме "Среда - технология - человек" на всех этапах разработки выбросоопаспых пластов, включая проектирование, подготовку шахтных полей и технологию ведения горных работ на заблаговременно обработанных участках угольного пласта.
Задачи исследований:
разработка концепции обеспечения газодинамической безопасности при отработке свит угольных пластов в Карагандинском бассейне, включающая разработку регионального мониторинга свойств и состояния углевмещающей толщи, создание банка данных и разработку пакета программ на ЭМВ для решения задач оптимального планирования порядка развития горних работ, раскройки шахтных полей, выбора способов предотвращения ГДЯ и разработку мер по уменьшению ошибок субъективного фактора;
разработка на базе предложенной концепции ряда региональных и локальных способов предотвращения ГДЯ для условий интенсивной добычи угл т
разработка способов управления вазовыделением из угольных шахтопластов при их подработке;
разработка способов предотвращения опрокидывания вентиляционных струй при возникновении внезапных выбросов угля и газа;
обоснование дополнительных технических требований к проходческим комбайнам и буровой технике, применяемой при отработке мощных выбросоопасных пластов;
исследование влияния концентрации горных ихбот в угленос-

начинало падать. Это происходит за счет нарушения герметичности замерной камеры при усыхании и растрескивании глины.
На основании анализа уравнения фильтрации газа в угле как в трещиновато-пористой сорбирующей среде был предложен способ для измерения начального давления газа. В угольно-породном массиве бурят скважину, которую герметизируют гидрозатвором. Газовая магистраль гидрозатвора ДМ конструкции НГД им.А.А.Окочинс-кого оборудуется на выходе манометром, регулируемым краном и расходомером.
Вначале производят замер установившегося значения давления газа Rriaxори закрытом кране, затем определяют расход газа q.a при полностью открытом кране. После этого краном устанавливают расход газа Cft , и фиксируют величину повышения давления А Р. Начальное давление газа в массиве определяют по формуле :
р. —у I 2 Рту* ' Я-о 'А Р~ (tyf) * (Ртах — f ) ‘ (2 А Р+ 1)_
Ро= V ; ZfrAP-fa-fyyfp-f)
Для упрощения метода рекомендуется после измерения Ртах и Cjso краном установить избыточное давление &Р в замерной камере 30 кЛа и измерить соответствующий ему расход газа Qг . При хорошем качестве герметизации п0 , Степень негерметич-ности оценивается коэффициентом:
Кг *WyJbF >
а начальное давление газа в массиве с поправкой на негерметич-ность:
R>~Piax~J Кг
Этот же способ можно применять для оценки проницаемости массива в месте расположения замерной камеры. Для этого кран должен быть протарирован ( например, по методике проф. B.C.Лукьянова). Коэффициент проницаемости оценивается по формуле:
(-_ х, Р/ - Р/ л,-лг Р,г ’
где: Я. -гидравлическое сопротивление крана; Р ~ давление
газа. Индексы 1 и 2 относятся к опытам со значением гидравлических сопротивлений соответственно Л/ и Л.£
Экспресс-метод измерения давления газа при вскрытии пласта прошел промышленную апробацию на шахтах Карагандинского угольного бассейна.