Обґрунтування методики визначення місцезнаходження областей локалізації геодинамічних явищ при інтенсивному відпрацюванні вугільних пластів

Перевірка достовірності результатів прогнозування і встановлення закономірностей перерозподілу інтенсивності ВПЕ в процесі відпрацювання лав здійснювалася шляхом порівняння результатів розрахунку з даними шахтних інструментальних спостережень за зсуваннями земної поверхні, інтенсивністю сейсмоакустичної емісії, дебіту газу і виділення води зі свердловин дегазації.

На рис. 3. наведений розрахунковий розподіл осідань земної поверхні в просторі (а) і графіки осідання уздовж профільної лінії (б) при підробці земної поверхні лавою, яка примикає до раніше виробленого простору складної конфігурації в умовах шахти ім. Засядько, де розрахункові і виміряні осідання співпадають з точністю ±7,8 мм, що при максимумі осідання 80 мм не перевищує похибки, рівної ±10%. При цьому модель відтворила зареєстровану експериментально несиметричність мульди уздовж профільної лінії, що підсилює достовірність результатів моделювання. Аналогічні висновки отримані в умовах шахти „Красноармійська-Західна №1”, де розрахункові і виміряні осідання співпадають з точністю ±85 мм, що при максимумі осідання 1100 мм не перевищує похибки, рівної ±8%. 

Видно, що огинаюча виміряної інтенсивності сейсмоакустичної емісії добре узгоджується із розрахунковим графіком, взятим уздовж вентиляційного горизонту по межі суміжних вироблених просторів. При цьому період прояву максимумів розрахункової інтенсивності ВПЕ складає на ділянці зіставлення 125±20 м, тоді як період трендової огинаючої максимумів інтенсивності виміряної сейсмоакустичної емісії дорівнює 127±21 м.

Промислова перевірка надійності результатів прогнозування перерозподілу інтенсивності сейсмічної енергії в товщі, що підроблюється, здійснювалася на прикладі 16 східної лави пласта m3 шахти ім. Засядько. 

Лава відпрацьовувалася як примикаюча до раніше вироблених просторів 15-12 східних лав, причому видалення надмірного газу із супутників здійснювали через свердловини з денної поверхні. За допомогою розробленої методики здійснений прогноз перерозподілу інтенсивності ВПЕ, на підставі чого було визначене раціональне місце розташування свердловини дегазації в оточенні одного з максимумів інтенсивності. Досвід експлуатації свердловини показав, що у міру підсічки свердловини лавою і віддаленні її на 70 м дебіт газу збільшився з нуля до 25000 м3/доб. При цьому тренд кривої газовиділення показував стійке зростання, що свідчить про правильність вибору місця розташування свердловини. Це підтверджує достовірність результатів моделювання і обгрунтованість геомеханічних передумов самої моделі. 

Розробка методики прогнозу порожнин в породному масиві та її промислова перевірка. Для практичного використання результатів досліджень була розроблена методика прогнозу місця утворення порожнин в масиві, що підроблюється. Методика передбачає розрахунок розподілу гірничого тиску від раніше вироблених просторів довільної конфігурації, моделювання перерозподілу напружень навколо діючої лави у міру її посування і обчислення еквівалентних напружень уe в породній товщі, що підроблюється. З урахуванням швидкості посування лави обчислюється розподіл інтенсивності ВПЕ за формулою (1). Після цього встановлюється критичне значення інтенсивності I за умовою міцності уe ≥ [уp] у положенні лави на відстані від розрізної печі, рівній її довжині. Набуте значення встановленої критичної інтенсивності використовується для оконтурення меж порожнин на всій площі виїмкового стовпа. Безрозмірна величина критичної інтенсивності сейсмічної енергії по всіх експериментальних ділянках виявилася в межах 0,3-0,4. 

Одержані контури порожнин використовуються для вибору місця свердловин дегазації, або проектування інших заходів щодо забезпечення безпечного ведення очисних робіт. Наприклад, проведенню заходів для запобігання прориву підземних вод в робочий простір лави і т.д. 

Розроблена методика була використана на шахті “Красноармійська-Західна №1” для визначення місця розташування свердловини дегазації, пробуреної із земної поверхні. Рекомендації автора прийняті на шахті для використання при виборі місця розташування свердловин дегазації над виїмковими полями 2-ої південної панелі блоку №8 і 4-ої північної лави блоку №5. 

Перевірка ефективності дегазації показала, що середній дебіт газу через свердловину №5763 після її підробки і відході лави на відстань 50 м перевищив 7920 м3/доб. В результаті збільшення ефективності дегазації вміщуючої товщі на 5-7% підвищується допустиме навантаження на лаву, що дає можливість одержати додатковий прибуток 220 тис. грн і забезпечити необхідний рівень безпеки гірничих робіт.

 

 

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій на основі вперше встановлених закономірностей вивільнення потенційної енергії в процесі підробки породних масивів, що містять потужні шари пісковиків, вирішена актуальна науково-технічна задача визначення місцезнаходження областей локалізації геодинамічних явищ при інтенсивному відпрацюванні вугільних пластів, що має важливе значення для вугільної промисловості при забезпеченні безпеки очисних робіт на газонасичених пластах.

Основні наукові і практичні результати дисертації полягають в наступному.

1.Показано, що сейсмічні коливання, які виникають при інтенсивній підробці породного масиву, не тільки являють собою певну небезпеку для експлуатації наземних об'єктів, але й можуть слугувати інформативними параметрами для оцінки структури зони активних зсувів. 

2. Одержала подальший розвиток модель динамічних зсувів товщі порід, що підроблюється, з урахуванням потенційної енергії, що вивільняється. При цьому запропонована нова формула для розрахунку інтенсивності вивільнення потенційної енергії масиву порід, що підроблюється, яка пропорційна еквівалентним напруженням в міцному порідному шарі, що згинається, і швидкості наростання цього напруження, яке є функцією нормальних і дотичних напружень, діючих в цьому шарі, що точніше відображає зв'язок з вірогідним проявом сейсмічності, викликаним зависанням і обваленням міцних порідних шарів в товщі порід, що підроблюється. Показано, що застосування критерію міцності НГУ для розрахунку інтенсивності вивільнення потенційної енергії збільшує контрастність її розподілу, що підвищує точність прогнозу в порівнянні з використанням енергетичної теорії міцності.

3. Встановлено, що максимальна інтенсивність вивільнення потенційної енергії