Введение к работе
Актуальность работы. Увеличение добычи угля возможно только на основе повышения производительности труда, улучшения условий труда и техники безопасности.
В связи с переходом горных работ на все более глубокие горизонты возрастает опасность динамических и газодинамических явлений, а многие угольные пласты переводятся из категории угрожаемых по данным явлениям в категория опасных. Горные удары и внезапные выбросы угля и газа при подземной отработке угольных пластов отрицательно влияют на технике-экономические показатели работы шахт, способствуют повышения уровня производственного травматизма в наиболее тяжелых формах.
В настоящее время разработаны достаточно надежные способы ' текущего ПрОГНОЗа ДИКЗМКЧсСККХ й ГаЗиДйКамйчёСКИХ явлений на основе выхода буровой мелочи и начальной скорости газовыделения.
Наиболее эффективным способом предотвращения горных ударов и внезапных выбросов угля и газа является увлажнение призабоиных и краевых зон угольных пластов. Ко на обработанных водой участках методы прогноза на основе выхода буровой мелочи практически не работают.
Поэтому на ряде шахт необоснованно отказываются от увлажнения как способа снижения ударо- и выбросоопасности.
В этой связи задача разработки метода оценки ударо- и выбросоопасности увлажненных зон угольных пластов, обеспечивающего повышение эффективности защитных мероприятий и безопасности горных работ при подземной разработке угольных месторождений является актуальной.
Цель диссертационной работы состоит в разработке оперативного метода оценки ударо- выбросоопасности увлажненных призабоиных и краевых зон угольных пластов при подземной разработке.
Основная идея работы заключается в использовании зависимости удельного электросопротивления каменных углей от коэффициента во-донасыщения и влажности для оценки эффективности увлажнения и определения ударо- и выбросоопасности отдельных зон угольных пластов.
- г -
Задачи исследований:
аналитически установить связь удельного электросопротивления каменных углей с параметрами водонасыщения и механического деформирования;
провести экспериментальные исследования по оценке эффективности увлажнения ударо- и выбросоопасных пластов;
разработать оперативный метод оценки ударо- и выбросоопас-ности увлажненных зон угольных пластов;
провести опытно-промышленную проверку метода и его внедрение в практику подземной разработки ударо- и выбросоопасных угольных пластов в условиях месторождений Кузбасса.
Методы и объекты исследований: для решения поставленных задач использовался комплексный метод, включивший проведение лабораторных и шахтных экспериментов, разработку и построение аналитических моделей и анализ корреляционных связей.
Основными объектами исследований явились каменные угли и пласты Анжерского месторождения Кузбасса.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Удельное электросопротивление горной породы с влажностью связано нелинейной зависимостью, характер которой зависит от величин удельного электросопротивления минерального скелета и поровой влаги, расстояния между поровыми каналами и общей пористости.
. Методика оценки качества увлажнения краевых зон угольных пластов, отличающаяся возможностью оперативного определения величины и характера распределения влаги в увлажняемой зоне массива.
-
Распределение влаги в прочных углях вокруг увлажняющей скважины в ближней зоне праисходит по магистральным трещинам, а в дальней зоне - по сети более мелких трещин, в слабых углях увлажнение идет медленнее, ко более равномерно.
-
Критическое значение влажности, отвечающее безопасному состоянию угольного пласта, может быть определено из условия передачи порами гидростатического давления с использованием соотношения сорбцианного и фильтрующего объемов порового пространства.
Научная новизна работы заключается в установлении связи электрических параметров краевых зон угольных пластов с величиной и характером распределения влаги.
При этом получены следующие новые результаты:
разработана аналитическая модель, позволяющая рассчитать удельное электросопротивление горной породы при изменении влажности, коэффициента водонасыщения и при механическом деформировании;
разработана методика оценки эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов, позволяющая определить величину и характер распределения влаги в массиве;
получены уравнения связи удельного эффективного сопротивления ударо- и БЫиросоопзокыл угольных пластов с влажностью;
установлены особенности распределения влаги вокруг увлажняющей скважины в крепких и слабых углях;
получены аналитические соотношения, позволяющие определить
КрКТКчсСКйс ЗКаЧсїшЯ ЗЛНЖНОСЇИ, ОТЗечаКЩйЭ исЗОПаСКиму состоянии
" ударо- и выбросоопасных угольных пластов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных з работе, базируется ка,обширном экспериментальном материале, полученном в шахтных условиях, адекватности разработан-- ных аналитических моделей результатам лабораторных и шахтных исследований, на практическом использовании разработанной методики для контроля ударо- и выбросоопасности увлажненных зон угольных пластов.
Научное значение работы состоит в установлении закономерностей
— - влияния водонасыщения на электрические параметры краевых зон
угольных пластов, расширяющих и углубляющих -представления о механизмах увлажнения ударо- и выбросоопасных угольных пластов.
Практическая ценность работы заключается в разработке опера--~- тивнаго метода оценки ударо- и выбросоопасности увлажненных приза-
— бойных и краевых зон угольных пластов при подземной разработке,
позволяющего повысить эффективность защитных мероприятий и безо
пасность горных работ.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные положения диссертационной работы переданы БостНИИ для разработки "Временного
руководства по прогнозу выбросоопасности пластов и контролю эффективности мер борьбы с горными ударами и внезапными выбросами угля
- и газа".
/иїриішЦКЯ раиОхм. иСКОБКЬІс аиЛОлсКИЛ ДйССсрТйЦКОККОй рсіиСіа
докладывались на научных конференциях Кузбасского политехническогс института (г. Кемерово, 1992-1994 гг.), на кафедре ШЛИ КузГТУ, на научно-технических советах шахт "Анжерская" и "Судженская", на научном семинаре ВостНИИ.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.
иивсм jkiuuxm. душисухтиyrin uuuxunx »id сведеппп, iinxn рсиздслио,
заключения, списка литературы из 53 наименовании, содержит страниц машинописного текста, 40 рисунков, 10 таблиц, 1 приложение Диссертация отражает результаты исследований, выполненных автором з период 1989-1993 гг. в Кузбасском политехническом институте в соответствии с планами НИР института по постановлению ГКНТ СССР N 56 от 03.03.76 г., з рамках целевой комплексной программы
ид uua і Лін (,охаЛ гаоуаиОхахЬ, ииЗдахо w ВпеділахЬ Субдихяа
контроля за состоянием массива", приказ Министра угольной промышленности СССР от 15.02.81 г.).
Автор выражзет глубокую благодарность работникам шахт "Актерская" и "Судженская" эа помощь в проведении шахтных исследований. Автор признателен В.И. Мурашову, B.C. Зыкову, В.А. Рудакову за творческое обсуждение основных результатов работы.