Управление газодинамическим состоянием массива горных пород для безопасной ресурсосберегающей подземной разработки газоносных угольных пластов

• Автор: Иванов, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 194 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Состояние проблемы безопасной высокопроизводительной
подземной разработки газоносных угольных пластов
1.1 Анализ факторов высокопроизводительной подземной
разработки угольных пластов
1.2 Анализ способов дегазации угольных шахт
1.3 Дегазация выработанного пространства газоносных угольных
пластов
1.4 Выводы
2 Исследование газодинамического состояния массива горных
пород при подземной разработке газоносных угольных
пластов
2.1 Механизм формирования техногенного газового коллектора в
выработанном пространстве очистного забоя
2.2 Анализ напряженного состояния породного массива при посадке
основной кровли
2.3 Анализ притоков метана в выработанное пространство в
зависимости от скорости подвигания очистного забоя
2.4 Влияние размеров выработанного пространства и горного
давления на притоки метана
2.5 Выводы
3 Обоснование метода управляемой посадки трудно обрушаемой
кровли
3.1 Анализ и обоснование метода управляемой посадки трудно
обрушающейся кровли в условиях высокопроизводительной отработки угольных пластов
3.2 Обоснование режима гидравлического разрыва пород при
посадке кровли
3.3 Результаты апробации способа направленной посадки трудно
обрушаемой кровли методом гидравлического разрыва вмещающих пород
3.4 Выводы
4 Анализ механизма проветривания очистного забоя с учетом
аэродинамики выработанного пространства
4.1 Моделирование процесса проветривания очистного забоя в
зависимости от длины выработанного пространства угольного пласта

4.2 Исследование притоков метана из выработанного пространство в
очистной забой по данным шахтных экспериментов
4.3 Методика расчета концентрации и притоков метана из
выработанного пространства в исходящую струю очистного забоя
4.4 Анализ влияния места нахождения комбайна в лаве на
концентрацию метана в исходящей струе
4.5 Выводы
5 Практическая реализация научно-технических разработок
5.1 Обоснование рекомендаций по расчету максимально допустимой нагрузки на очистной забой с учетом притоков метана из выработанного пространства
5.2 Технологические рекомендации для безопасной 122 ресурсосберегающей подземной разработки газоносных угольных пластов
5.3 Анализ статистической связи себестоимости добычи угля в
зависимости от нагрузки на очистной забой
5.4 Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Методика расчета основных параметров
газовоздушных потоков в очистной забой по результатам
газовых съемок в лаве
Приложение 2. Результаты обработки данных газовой съемки на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» в 2011 году

Введение
Наблюдаемый в начале XXI века интерес к проблемам тепловой энергетики среди ученых, политиков и широкой общественности развитых стран мира обусловлен повышением спроса на энергоносители и сопутствующей высокой техногенной нагрузкой на природные комплексы. Эта проблема актуальна во всем мире и весьма существенно проявляется в нашей стране, являющейся крупнейшей горнодобывающей державой.
По всей видимости, ископаемые углеводородные энергоресурсы по-прежнему будут доминировать в производстве энергии вследствие сравнительно низкой себестоимости и экономической целесообразности. Органическое топливо - уголь, нефть и природный газ будет оставаться основой энергоснабжения в течение 20-40 лет. В 2020 г. за счет органического топлива и гидравлической энергии удастся обеспечить мировые потребности примерно на 70%. К тому времени возрастет потребность в энергии, которая приведет к двукратному повышению объема мировой добычи угля и природного газа по сравнению с 1980г.
Весьма важной проблемой является обеспечение высокой безопасности при подземной разработке угольных пластов. Углубление горных работ неуклонно сопровождается увеличением притоков метана в выработанное пространство, что повышает вероятность проявления опасных горногеологических явлений: выбросов угля и газа, взрывов метана. В данном случае в непреодолимое противоречие вступают два фактора: с одной стороны - стремление повысить производительность добычи угля, с целью снижения его себестоимости, а с другой - ограничение производительности по критерию предельно допустимой, но нормам ТБ, загазованности очистных забоев.
Угольная промышленность России, с точки зрения воздействия на окружающую среду, является одной их самых экологически опасных отраслей промышленности [23]. Основными потребителями угля являются электроэнергетика - 39%, промышленность и коммунально-бытовой сектор -27%, коксохимические предприятия -14%, население - 8%, сельское хозяйство
определяющим размером является длина лавы. Максимальные величины расслоения пород наблюдаются, как правило, на середине лавы.
При отработке второго и последующих столбов по падению увеличивается расстояние между границами отработки и зона уплотнения пород перемещается в верхнюю от пласта зону. На некотором расстоянии от забоя лавы или кромки массива происходит уплотнение пород по всей высоте зоны расслоений. Для условий однослоевой выемки с вынимаемой мощностью пласта 3,0-3,2 м расстояние, на котором происходит уплотнение составляет порядка 160 м. Очевидно в зоне уплотнения проницаемость понижается.
При отработке одиночного столба лавами по простиранию, имеющего на флангах массив угля и пород, рассмотренные выше положения сохраняются. Коллектор газа в целом имеет такие же параметры, как при отработке лавой по падению. При отработке по простиранию выемочного столба, имеющего на флангах отработанные площади, коллектор газа имеет более сложную конфигурацию. Его параметры зависят и от ширины фланговой выемки.
На современном уровне понимания процессов массопереноса метана производят оценку количества газа, способного выделиться в выработанном пространстве действующего очистного забоя. Величину потенциального извлечения газа, скапливающегося в выработанном пространства очистного забоя, определяют по методике, учитывающей положения нормативных документов. Согласно базовым методикам по проектированию вентиляции угольных шахт [95], относительная метанообильность выемочного участка определяется как суммарное выделение газов из разрабатываемого пласта, сближенных угольных пластов и пропластков из вмещающих пород:
пор 1 (2.1.1)
При использовании базовых методик расчета, следует признать наличие в них множества неизвестных эмпирических параметров, знание которых базируется на наличие большого фактического материала на лавах-аналогах.