Обоснование параметров и разработка средств направленного гидроразрыва горных пород

• Автор: Сажин, Павел Васильевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ ПРОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД РАСТЯГИВАЮЩИМИ УСИЛИЯМИ

1.1 Классификация основных способов разрушения прочных горных пород

1.2 Средства реализации метода ОФР

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА УПЛОТНЕНИЙ НА НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИНЫ

2.1 Стенд для проведения исследований

2.2 Методика лабораторных исследований

2.3 Результаты лабораторных исследований

2.4 Определение усилий взаимодействия уплотнения со стенками корпуса стенда

2.5 Определение деформации корпуса стенда методом конечных элементов

2.5.1 Метод конечных элементов

2.5.2 Осессиметричная задача теории упругости

2.6 Усовершенствованный уравновешенный герметизатор
Выводы
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
3.1 Определение параметров щелеобразователя
3.2 Щелеобразователь ЩМ - 45М
Выводы
ГЛАВА 4. ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДА НГР
4.1 Методика проведения шахтных экспериментов
4.2 Результаты шахтных исследований
4.2.1 Шахта “Березовская”, лава №

4.2.2 Шахта “Первомайская”, лава №
Выводы
Заключение
Список литературы

Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Угольные пласты с труднообрушающимися кровлями составляют четвертую часть всех отрабатываемых подземным способом пластов в Кузбассе и с увеличением глубины ведения очистных работ их доля постоянно увеличивается. Основные кровли таких пластов представлены преимущественно песчаниками мощностью 10 - 40 м, а в отдельных случаях более 40 м и прочностью более 80 МПа. Основной проблемой при отработке угольных пластов с такими кровлями является то, что они склонны к зависанию на огромных площадях. Это может привести к внезапному их обрушению и, как следствие, к материальным потерям и человеческим жертвам, связанными с ударной волной, прямыми динамическими воздействиями, взрывом метана, вытесненного из завальной части обрушающимся породным массивом кровли. Примером катастрофических последствий внезапного обрушения кровли служат случаи, произошедшие в последнее время на шахтах Кузбасса и, особенно на шахте “Ульяновская”. Поэтому развитие технологий принудительного разупрочнения труднообрушающихся кровель является наиболее приоритетным направлением исследований, позволяющих повысить безопасность и эффективность ведения очистных работ.
Одним из наиболее перспективных способов разрушения прочных горных пород, с точки зрения безопасности, производительности, экологичности, является метод направленного гидроразрыва (ИГР). Однако известные средства нарезания инициирующих щелей (ШЦ) и устройства герметизации, являющиеся основными в технологической схеме реализации способа, не позволяют добиться высокой эффективности этой технологии. Существующие модели щелеобразователей, вследствие своих конструктивных особенностей, не обеспечивают создания на стенках шпуров инициирующих щелей, диаметром, необходимым для гарантированного страгивания и развития искусственной трещины в заданном направлении. Кроме того, нет объективной однозначной информации о причинах разгерметизации ИЩ в процессе проведения гидроразрывов. В связи с этим, проведение исследований по изучению

наступает пластическая фаза разрушения и как следствие - потеря механических свойств. После проведения первых двух серий испытаний, при указанных осевых нагрузках, уплотнение стало не пригодным для дальнейших исследований.
В зоне упругих деформаций полученная зависимость математически может быть представлена следующим выражением:
?ршг=1)24.£-04.^-1,16-Е-01.^ + 8,72.£+01
Результаты этих исследований позволили определить оптимальный режим работы герметизатора, который характеризуется исключением “обыгрывания” герметизирующего устройства рабочей жидкостью при фиксированном значении усилия предварительного поджатая.
Для определения усилий, действующих на стенки скважины, со стороны уплотняющих элементов герметизирующего устройства, помимо определенного ранее “уплотняемого давления”, определялись соответствующие деформации стенок корпуса стенда.
Экспериментальные исследования по определению деформаций корпуса стенда состоят из двух этапов. Первый - определение изменения диаметра корпуса стенда от осевого усилия поджатая уплотняющих элементов без подачи рабочей жидкости. Второй - определение результирующей деформации корпуса стенда от суммарного действия на уплотнения рабочей жидкости под давлением, равным величине “уплотняемого давления” и осевого усилия поджатая.
Проведение исследований в указанной последовательности позволило определить пропорции деформаций, возникающих от усилия предварительного поджатая уплотняющих элементов и от действия на них давления рабочей жидкости.
Как и при определении зависимости величины “уплотняемого давления” от предварительного поджатая, в качестве материалов уплотняющих элементов использовались резиновые и полиуретановые элементы цилиндрической формы с размерами и механическими свойствами, которые указаны в разделе 2.2.
Для каждого из испытуемых уплотнений было проведено последовательно по три серии экспериментов в границах их упругой деформации. Для полиуретанового