Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин
Найдена функция влияния технологических параметров разгрузочного бурения на напряжения, возникающие на контуре дегазационной скважины.
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2012
|
| Назва видання: | Физико-технические проблемы горного производства |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108248 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин / В.К. Костенко, Н.Н. Зинченко, В.С. Бригида, С. Салехирадж // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 85-91. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-108248 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1082482016-11-02T03:02:28Z Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин Костенко, В.К. Зинченко, Н.Н. Бригида, В.С. Салехирадж, С. Прогноз и управление состоянием горного массива Найдена функция влияния технологических параметров разгрузочного бурения на напряжения, возникающие на контуре дегазационной скважины. Знайдена функція впливу технологічних параметрів розвантажуючого буріння на напруження, що виникають на контурі дегазаційної свердловини. The influence function of technological parameters of unloading drilling on the voltage originating on a contour degassing of the borehole is found. 2012 Article Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин / В.К. Костенко, Н.Н. Зинченко, В.С. Бригида, С. Салехирадж // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 85-91. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108248 622.831 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива |
| spellingShingle |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Костенко, В.К. Зинченко, Н.Н. Бригида, В.С. Салехирадж, С. Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин Физико-технические проблемы горного производства |
| description |
Найдена функция влияния технологических параметров разгрузочного бурения на напряжения, возникающие на контуре дегазационной скважины. |
| format |
Article |
| author |
Костенко, В.К. Зинченко, Н.Н. Бригида, В.С. Салехирадж, С. |
| author_facet |
Костенко, В.К. Зинченко, Н.Н. Бригида, В.С. Салехирадж, С. |
| author_sort |
Костенко, В.К. |
| title |
Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин |
| title_short |
Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин |
| title_full |
Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин |
| title_fullStr |
Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин |
| title_full_unstemmed |
Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин |
| title_sort |
обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108248 |
| citation_txt |
Обоснование параметров способа шпуровой разгрузки устьев дегазационных скважин / В.К. Костенко, Н.Н. Зинченко, В.С. Бригида, С. Салехирадж // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 85-91. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Физико-технические проблемы горного производства |
| work_keys_str_mv |
AT kostenkovk obosnovanieparametrovsposobašpurovojrazgruzkiustʹevdegazacionnyhskvažin AT zinčenkonn obosnovanieparametrovsposobašpurovojrazgruzkiustʹevdegazacionnyhskvažin AT brigidavs obosnovanieparametrovsposobašpurovojrazgruzkiustʹevdegazacionnyhskvažin AT salehiradžs obosnovanieparametrovsposobašpurovojrazgruzkiustʹevdegazacionnyhskvažin |
| first_indexed |
2025-07-07T21:11:50Z |
| last_indexed |
2025-07-07T21:11:50Z |
| _version_ |
1837024108731170816 |
| fulltext |
Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15
85
УДК 622.831
В.К. Костенко1, Н.Н. Зинченко1, В.С. Бригида2, С. Салехирадж1
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПОСОБА ШПУРОВОЙ РАЗГРУЗКИ
УСТЬЕВ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИН
1Донецкий национальный технический университет
2Донецкий научно-исследовательский угольный институт
Найдена функция влияния технологических параметров разгрузочного бурения на
напряжения, возникающие на контуре дегазационной скважины.
О существовании резервов для повышения эффективности подземной де-
газации написано во многих работах [1-3]. Общий дебит метана на всех
шахтах Украины, разрабатывающих высокогазоносные угольные пласты,
составляет 1 млрд. м3/год, при этом системам дегазации отводится менее
30%. Этого явно недостаточно для обеспечения нормального аэрогазового
режима на добычных участках при повышении нагрузки на очистные забои.
В результате сдвижения кровли и зависания породных консолей в выра-
ботанном пространстве может возникнуть угроза для устойчивости дегаза-
ционной скважины. Рост концентрации напряжений во вмещающем скважи-
ну углепородном массиве и интенсификация деформаций стенок, обуслов-
ленные попаданием устья скважины в зону динамического опорного давле-
ния, начинают проявляться с 40 м впереди лавы [4-6]. Одним из наиболее
распространенных способов борьбы с этими явлениями является использо-
вание разгрузочных скважин [7-8]. Поэтому обоснование параметров шпу-
ровой разгрузки, обеспечивающих устойчивость подземных скважин, явля-
ется важной научно-технической задачей для повышения безопасности ве-
дения горных работ.
При решении задачи об определении влияния расстояния между осью
скважины и осями шпуров, диаметра и количества шпуров на напряженное
состояние контура дегазационной скважины методом конечных элементов
использовалась теория Мизиуса–Генки. Необходимо было найти связь меж-
ду средним значением эквивалентных напряжений на контуре скважины
(k'
σ(A-E)) и параметрами бурения шпуров (рис. 1) – k'
σ(A-E)=f(Rш.; L; N), где
N – количество концентрично пробуренных шпуров, шт; Rш.– относитель-
ный радиус шпура rш/rc; L – относительная ширина перемычки /rc.
Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15
86
Для обеспечения разгрузки принято, что значение k'
σ(A-E) должно быть
меньше величины напряжений неразгруженного массива k'
σ не менее чем на
10% (≤ 1,83 – условное ограничение №1). В связи с исследованиями 9 о
влиянии ширины перемычки на величину напряжений было внесено огра-
ничение №2: 1 /rш 0,2.
Для оптимизации моделирования было проведено технико-
экономическое обоснование выбора основных параметров бурения. Глав-
ным фактором, принятым во внимание, было отношение общего объема раз-
грузочного бурения шпуров (Qш.) к объему работ по бурению дегазационной
скважины (Qс.). Принималось, что Qш. не должно превышать 40% от Qс.
(условное ограничение №3). Значения объемов бурения для всех вариантов
моделирования приведены в табл. 1.
Таблица 1
Объемы бурения для всех вариантов модели, %
Кол-во
шпуров N
Rш = rш/rскв
0,2 0,4 0,6 0,8 1
1 1 2 3 4 5
2 2 4 6 8 10
3 3 6 9 12 15
4 4 8 12 16 20
5 5 10 15 20 25
6 6 12 18 24 30
7 7 14 21 28 35
8 8 16 24 32 40
9 9 18 27 36 45
10 10 20 30 40 50
11 11 22 33 44 55
12 12 24 36 48 60
Рис. 1. Основные параметры концен-
тричного бурения шпуров: rс. – радиус
скважины; rш. – радиус шпура; α – угол
между осями соседних шпуров; δ – ши-
рина перемычки; Rз.к. – расстояние меж-
ду осью скважины и осями шпуров; h –
минимальное расстояние между конту-
рами шпуров; H – расстояние между
осями шпуров; а – ширина пластины; b –
длина пластины
Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15
87
Темно-серым цветом окрашены ячейки, в которых варианты модели не
удовлетворяют ограничению №3, светло-серым – ограничение №2 и белым –
ограничение №1. Выделенные жирным шрифтом значения объемов бурения
определяют наиболее рациональные варианты моделирования, удовлетво-
ряющие предъявленным выше ограничениям. Результаты расчета коэффи-
циентов концентрации эквивалентных напряжений при рациональных вари-
антах моделирования (см. таблицу 1) сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Величина k'
σ(A-E) при постоянном значении относительного радиуса шпура
Rш.= 0,6 и разных L и N
L = /rc
Количество шпуров N, шт.
9 10 11 12
0,5 1,945
0,6 1,952 1,691
0,9 1,978 1,853 1,675
1 1,981 1,866 1,73 1,5
1,1 1,988 1,883 1,761 1,594
1,2 1,896 1,794 1,654
1,3 1,9 1,822 1,714
1,4 1,838 1,753
1,5 1,87 1,801
1,6 1,885 1,817
1,7 1,832
Дальнейшие исследования были сконцентрированы на создании поверх-
ностей (трехмерная постановка), отражающих взаимное влияние L и N на
k'σ(A-E) при различной величине . Они позволят разработать алгоритм
выбора основных технологических параметров бурения разгружающих
шпуров, обеспечивающих управление устойчивостью приконтурного масси-
ва горных пород, вмещающих дегазационную скважину.
Цель работы – исследование способа шпуровой разгрузки дегазацион-
ных скважин для обоснования его основных технологических параметров.
Основная задача исследования – получение поверхности функции, опи-
сывающей влияние основных технологических параметров разгрузочного
бурения на напряжение на контуре дегазационной скважины. В общем виде
методика выполнения работы подразумевает выполнение следующих ос-
новных этапов: по данным таблицы 2 производится построение первичной
поверхности, выбирается алгоритм строгой интерполяции для оптимизации
поверхности, производится расчет всех возможных вариантов аппроксими-
рующей функции и их ранжирование по уровню коэффициента детермина-
ции, выбирается оптимальная функция.
Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15
88
Результаты исследования. При использовании данных таблицы 2 в ка-
честве первичной информации о поверхности динамики эквивалентных
напряжений на контуре скважины очевидно, что количество точек явно не-
достаточное для качественного построения проекции поверхности динамики
на ось XY. Для уточнения такой неполной выборки необходимо применить
современные методы точной трехмерной интерполяции.
На практике используют не более 4 типов процедур оптимизации (алго-
ритмов строгой интерполяции): Akima, Preusser, Renka, Watson. Выбор про-
цедуры производится исходя из коэффициента детерминации так, чтобы
проекция (на ось XY) оптимизированной поверхности совпадала с проекци-
ей первичной поверхности. Алгоритм строгой интерполяции – специальные
программы, создающие линии поверхности, которые точно проходят через
исходные точки, при этом сглаживание данных не происходит. Наиболее
удовлетворительные результаты дало использование алгоритма «Watson»
(рис. 2), в котором для интерполяции используется процедура круглой аре-
альной основы.
В отличие от треугольников Delaunay, где может быть больше одного
способа определения треугольников данных, естественные соседние круги
формируют единственное расположение. Основной алгоритм с нулевого
натяжения (C0 interpolant) лучше всего можно сравнить с тугим резиновым
листом, соединяющим все точки.
Рис. 2. Оптимизированная по алгоритму «Watson» поверхность динамики k'σ(A-E)
от L и N при относительном радиусе шпура = 0,6
Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15
89
В этом случае интерполяция происходит по типу C1 – всюду, кроме узло-
вых данных, где существуют разрывы. C1 (единожды непрерывно диффе-
ренцируемый) интерполяция начнет производиться, когда будет установле-
но одно или больше значений натяжения. В этом случае информация о гра-
диенте используется для того, чтобы сгладить разрывы в узлах [10].
При дальнейшем расчете было найдено 416 возможных вариантов, ап-
проксимирующих функции оптимизированной поверхности, которые имеют
различные значения коэффициентов детерминации (rmax
2 - доля дисперсии
зависимой переменной). Его рассматривают как универсальную меру связи
одной случайной величины от множества других (чем ближе ее значение к
единице, тем она более достоверно отражает исходную функцию). Итоговый
вид функции, наиболее точно отражающей зависимость k'σ(A-E) от L и N,
представлен на рис. 3.
Рис. 3. Итоговый вид функции оптимизированной поверхности с обозначенными
точками исходных данных табл. 1
В результате проведенных исследований была впервые найдена аналити-
ческая зависимость величины концентрации эквивалентных напряжений на
контуре дегазационной скважины от относительной ширины перемычки и
количества шпуров при относительном радиусе шпура 0,6. Эта зависимость
имеет логарифмический вид (ее коэффициенты представлены в табл. 3):
k'(A – E) = a + b lnN + cL + d(lnN)2 + eL2 + fL lnN +
+ g(lnN)2 + hL3 + iL2
lnN + jL(lnN)2.
Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15
90
r2 Coef Det DF Adj r2 Std Error F-value
0,9984630203 0,9975024081 0,0058990686 1227,0726576
Здесь r2 Coef Det – коэффициент детерминации; DF Adj r2 – приспособ-
ленный коэффициент смешанной корреляции; Std Error – среднеквадрати-
ческая ошибка.
Таблица 3
Значение коэффициентов и точность итоговой функции
Parm. Std Error t-value 95.00%
Confidence
Limits
P>|t|
1 3 4 5 6 7
a 28,08379 3,42015 36,79929 155,30252 0,00326
b 37,20001 –3,46795 –207,49292 –50,52259 0,00294
c 7,69775 1,89448 –1,65763 30,82404 0,07530
d 16,59618 3,69265 26,26901 96,29875 0,00181
e 1,46509 3,63532 2,23500 8,41714 0,00205
f 7,80113 –2,51652 –36,09067 –3,17277 0,02218
g 2,50140 –4,03221 –15,36365 –4,80867 0,00086
h 0,11704 4,32336 0,25906 0,75291 0,00046
i 0,77154 –4,07387 –4,77096 –1,51534 0,00079
j 1,99043 3,13702 2,04459 10,44349 0,00601
Здесь Parm – наименование коэффициентов уравнения; Std Error – сред-
неквадратическая ошибка; t-value – коэффициент Стьюдента; 95.00% – веро-
ятность; Confidence Limits – доверительный интервал.
Проекция логарифмической функции на ось N–L представляет собой но-
мограмму, отражающую значение k'σ(A-E) при изменении количества шпу-
ров и относительной ширины перемычки, при использовании которой мож-
но обосновать наиболее рациональные параметры способа шпуровой раз-
грузки.
1. Костенко В.К. Изыскание резервов для повышения эффективности подземной
дегазации [Текст] / В.К. Костенко, А.Б. Бокий, В.С. Бригида, Н.Н. Зинченко // 6-
я Межд. конф. по проблеме горной промышленности, строительства и энерге-
тике. – Тула: ТулГУ. – 2010. – Т1. – С. 150–157.
2. Гатаулин Н.Н. Дегазационные системы угольных шахт Украины – фактическое
состояние и перспективы развития [Текст] / Н.Н. Гатаулин, В.К. Костенко,
В.С. Бригида, Н Н. Зинченко // Сб. науч. трудов ДонУГИ. – Вып. 106. – Донецк:
ДонУГИ. – 2011. – С. 134 – 147.
3. Брюханов П.А. Обоснование критериев устойчивости и эффективности работы
дегазационной скважины [Текст] / П.А. Брюханов, В.В. Назимко, А.А. Резни-
ченко // Донбас-2020: перспективи розвитку очима молодих вчених: Матеріали
V наук.-практ. конф. – Донецк, 2010. – С. 59–65.
Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15
91
4. Антипов И.В. Исследования изменения опорного давления впереди очистных
забоев пологих пластов [Текст] / И.В. Антипов, Н.И. Лобков // Физико-тех-
нические проблемы горного производства. – ИФГП НАНУ. – Донецк, 2003. –
№6. – С. 78 – 81.
5. Антипов И.В. Особенности механизма деформации угольного пласта в зоне
влияния очистных работ [Текст] / И.В. Антипов, Д.В. Щербинин, Р.В. Дегтярь //
Физико-технические проблемы горного производства. – ИФГП НАНУ. – До-
нецк, 2005. – №8. – С. 104 – 111.
6. Дубов Е.Д. Дегазационные системы угольных шахт Украины – фактическое состоя-
ние и перспективы развития [Текст] / Е.Д. Дубов, М.В. Поляков, Д.В. Щербинин //
Сб. науч. трудов ДонУГИ. – Вып. 102. – Донецк: ДонУГИ. – 1999. – С. 12–31.
7. Стариков Г.П. Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных
скважин [Текст] / Г.П. Стариков, Д.В. Мельников, Н.И. Волошина, В.Н. Чисто-
клетов // Физико-технические проблемы горного производства. – ИФГП НАНУ.
– Донецк, 2005. – №8. – С. 129 – 133.
8. Мельников Д.В. Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
[Текст] / Д.В. Мельников // Физико-технические проблемы горного производ-
ства. – ИФГП НАНУ. – Донецк, 2011. – №14. – С. 93 – 98.
9. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий [Текст]. – Киев: Науко-
ва думка, – 1968. – С. 854.
10. Watson D. nngridr: An Implementation of Natural Neighbor Interpolation, Claremont,
Australia, – 1994. – 170 с.
В.К. Костенко, Н.Н. Зінченко, В.С. Бригіда, С. Салехiрадж
ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ СПОСОБУ ШПУРОВОГО
РАЗВАНТАЖЕННЯ ГИРЛ ДЕГАЗАЦІЙНИХ СВЕРДЛОВИН
Знайдена функція впливу технологічних параметрів розвантажуючого буріння на
напруження, що виникають на контурі дегазаційної свердловини.
V.K. Kostenko, V.S. Brigida, N.N. Zinchenko, S. Salehiraj
THE METHOD PARAMETRES SUBSTANTIATION OF DEGASSING
WELLHEAD RELIEVING
The influence function of technological parameters of unloading drilling on the voltage
originating on a contour degassing of the borehole is found.
|