Удосконалення способів управління станом гірничого масиву, які базуються на зволоженні вугільного пласта - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ВІДДІЛЕННЯ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИХ ГІРНИЧИХ ПРОБЛЕМ ДОНЕЦЬКОГО ФІЗИКО-ТЕХНІЧНОГО ІНСТИТУТУ УДОСКОНАЛЕННЯ СПОСОБІВ УПРАВЛІННЯ СТАНОМ ГІРНИЧОГО МАСИВУ, ЯКІ БАЗУЮТЬСЯ НА ЗВОЛОЖЕННІ ВУГІЛЬНОГО ПЛАСТАРобота виконана у Відділенні фізико-технічних гірничих проблем ДОНФТІ ім. Галкіна НАН України та Мінвуглепрому України. Науковий керівник: Алексєєв А.Д., доктор технічних наук, професор, директор відділення фізико-технічних гірничих проблем ДОНФТІ ім. Жуков А.Є., кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Українського державного науково-дослідного та проектно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України. Захист відбудеться "30" червня 1999 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої ради К 11.1184.02 у Відділенні фізико-технічних гірничих проблем ДОНФТІ НАНУ ім.Актуальність теми дисертації: Значна частина вугільних пластів Донецького басейну розробляється на глибинах, які досягають 1000 та більше метрів, в складних гірничо-геологічних умовах, що характеризуються такими факторами, як високі значення гірничого тиску, температури, запиленості рудникової атмосфери, а також підвищеною схильністю до викидів та обвалення, які знижують інтенсивність видобутку вугілля, погіршеними умовами праці та необхідністю проведення спеціальних додаткових заходів для їх усунення. Зараз значне розповсюдження в Центральному районі Донбасу отримали способи попереднього зволоження вугільних пластів водяними розчинами поверхнево-активних речовин (ПАР), які застосовуються для запобігання викидам вугілля та газу, пилоутворенню та охорони виробок. Розширення області застосування способів та вибір його параметрів для конкретних умов обробки потребують заглибленого вивчення фізичних процесів у газонасиченому вугіллі при його взаємодії з розчином ПАР, знання особливостей поширення газоводонасиченої суміші в пласті при високому тиску для вибору оптимальних значень їх концентрацій та контроль зволоженого масиву, що є актуальною науковим та практичним завданням для вугільної промисловості. При поширенні розчинів ПАР у вугільному пласті має місце сорбційна взаємодія самої поверхнево-активної речовини з вугіллям, величина якої складає біля 70 % сорбційної ємності вугілля з газу. В дисертації використаний комплексний метод досліджень, який включає в себе: аналіз та узагальнення робіт з вивчення управління станом вугільного пласта, в тому числі процесів зволоження вугільного пласта водяними розчинами ПАР; лабораторні та шахтні дослідження поруватості вугілля та особливостей взаємодії розчинів з вугільною речовиною; розробку та експериментальну перевірку нового способу нагнітання розчинів.При цьому також підлягає вивченню процес поширення розчину ПАР через мікротріщини вугільної речовини, оскільки внаслідок фізико-хімічної активності вугілля відбуваються складні процеси взаємодії його з ПАР. Для виконання поставлених задач досліджень були використані апробовані методики вивчення поруватості вугілля, газо-та вологонасиченості його такі, як ядерного магнітного резонансу (ЯМР) та електроно-парамагнітного резонансу (ЕПР), а також були розроблені нові методики вивчення швидкості поширення розчинів ПАР у вугіллі, швидкості сорбції метану різними розчинами. Нагнітання розчинів ПАР у вугільний пласт визначається в першу чергу фільтрацією їх через тріщинувато-порувату структуру вугілля. Виконані дослідження дозволяють встановити механізм зволоження газонасиченого вугілля розчинами ПАР у виді: зволоження вугілля розчинами ПАР під тиском супроводжується стисненням газу у фільтраційному поруватому обємі та збільшенням кількості сорбованого газу, а при досягненні першого критичного тиску газ дифундує в структуру вугільної речовини, де сорбується на внутрішніх ПМЦ та створює твердий розчин газу, і проникає у закриту поруватість. Для визначення ефекту сорбції молекул ПАР (сульфонол, "Пегас") вугіллям були виконані дослідження з зміни концентрації ПАР у розчині при його поширенні в обємі пор.В дисертації надано рішення актуальної наукової та практичної задачі, яке міститься у встановленні особливостей та залежностей процесу зволоження вугільного пласта розчинами ПАР, що дозволило розробити новий спосіб гідрообробки вугільного пласта, який дозволяє управляти станом гірничого масиву біля гірничих виробок. При взаємодії розчинів ПАР з газом під тиском має місце інтенсивне його поглинання розчином ПАР, причому найбільш активно в перші 15 хвилин. Процес поширення розчину ПАР у вугіллі відбувається з швидкістю 0,6-1,0 м/годину в інтервалі часу 30-60 хвилин з подальшою стабілізацією до швидкості 0,3 м/годину при концентрації розчину (сульфонол) 0,1-0,5 %. Поширення розчину ПАР у вугіллі супроводжується зменшенням його концентрації внаслідок сорбції його молекул на активних центрах вугільної речовини, причому до 90 % концентрації знижується в перші 60 хвилин.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ