Прогнозування нестійкості системи "вугілля-газ" при відпрацюванні викидонебезпечних вугільних пластів - Автореферат

Національна Академія наук України АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук“Дослідити механізм руйнування вугілля при спільній дії механічних напружень і газу на великих глибинах” (№ДР006165 - 1984р.), “Разработать и внедрить способ определения выбросоопасности угольных пластов на основе соотношения количества составляющих водо-метановой смеси” (№ГР01840025844 - 1989г.), “Выявление особенностей изменения физических свойств угольных пластов набольших глубинах с целью определения их категорий выбросоопасности и разработки эффективного способа предупреждения выбросов угля и газа” (№ГР01870091694 - 1992г.); постановами Президії НАН України №308 від 24.12.2003, №188 від 14.07.2004 “Дослідження сорбційних властивостей вугілля та гірничих порід при високому тиску” (№ДР0100U002912 - 2003р.), “Исследование фазового состояния и количества метана в ископаемом угле для повышения безопасности труда” (№ГР0104U003806 - 2004г.); галузевими замовленнями Мінвуглепрому України “Розробка керівництва по застосуванню відрізнення раптового обрушення (висипання) від викиду для експертної оцінки типу ГДЯ” (№ДР0101U003245 - 2001р.) та Центрального штабу Державної воєнізованої гірничорятувальної служби “разработать метод определения времени образования в горных выработках, пройденных по пласту, опасной концентрации метана при пожарах с учетом сорбционных свойств угля” (№ГР0101U003243 - 2002 г.). встановити закономірності кінетики газовиділення із закритих пор у щілини при рухові хвилі розвантаження, що обумовлює умови втрати стійкості системи “вугілля - газ”, та розробити методи розрахунку часу виходу метану із вугілля та кількості метану в закритих і відкритих порах; Ідея роботи полягає в єдиному методичному підході до прогнозування і кваліфікації ГДЯ на основі показника зміни потенціалу вільної енергії системи “вугілля - газ” інтегрально враховуючого сукупність та динаміку параметрів, відповідальних за процес формування і розвитку викидів вугілля та газу. В роботі застосований комплексний метод досліджень, котрий включає аналіз відомих положень з даної проблеми, теоретичні дослідження, які базуються на методах статистичної термодинаміки та математичного моделювання, експериментальні дослідження з фізичного моделювання деформування та механізму руйнування вугілля з урахуванням газонасиченості, контрольованої за спектрами ядерно-магнітного резонансу, апробацію і впровадження розроблених способів прогнозування та кваліфікації ГДЯ на шахтах, котрі розробляють загрожуючі та викидонебезпечні вугільні пласти. Швидкість десорбції та енергії активації дифузії метану з вугілля визначається ступенем порушення обєму закритих пор, яка має максимальне значення для вугілля з місць викидів та мінімальні значення з місць раптових обрушень.Існуючі уявлення про умови виникнення і розвитку раптових викидів вугілля та газу, незважаючи на їхню значну кількість, принципово можна віднести до основних положень енергетичної теорії викидів вугілля та газу. Відносно цієї теорії основними факторами, що визначають викидонебезпечність вугільних пластів, є: 1) газ, вміщений у вугільному пласті у вільному і сорбованому (адсорбованому, абсорбованому і розчиненому у вугіллі) станах; 2) закономірне стрибкоподібне розподілення напруження гірничого тиску на газоносний вугільний пласт; 3) характерні для викидонебезпечних зон пластів відємності природних фізико-механічних, фізико-хімічних і структурних характеристик вугільної речовини. На наступній стадії раптового викиду відбувається швидке руйнування привибійної частини метаноносного пласта, ініційоване технологічними процесами: подрібнення вугілля, збільшення пустотності (тріщинуватості і пористості) і через це інтенсивна десорбція метану із вугілля, яка призводить до збільшення енергії газоподібного метану. Аналіз викидів вугілля та газу, що відбулися за останні 15 років при вибухових роботах в режимі струсного підривання на пластах пологого падіння показує, що інтенсивність викидів, в першу чергу, визначається природною метаноносністю вугілля, причому фактичне метановиділення перевищує її в середньому на 32%, а на пластах крутого падіння, а саме при розкриванні, ця величина складає 44%. Останнє ствердження більш достовірне, оскільки обєм закритих пор у викидонебезпечних пластах перевищує обєм відкритих пор в 2-3 рази і знаходиться в межах 0,19-0,26 см3/г. звичайно, основний обєм метану знаходиться в закритих порах, а ступінь газодинамічної активності буде визначатися умовами трансформації пор в тріщини та кінетикою газовиділення метану із вугілля.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ