Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта
Розглянуто фізичну сутність початкової швидкості газовиділення у шпури і можливість удосконалення способів оцінки викидонебезпеки вугільних пластів за зміною початкової швидкості газовиділення....
Gespeichert in:
| Datum: | 2004 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2004
|
| Schriftenreihe: | Физико-технические проблемы горного производства |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189887 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта / А.А. Рубинский // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 113-118. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-189887 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1898872023-04-29T21:46:30Z Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта Рубинский, А.А. Розглянуто фізичну сутність початкової швидкості газовиділення у шпури і можливість удосконалення способів оцінки викидонебезпеки вугільних пластів за зміною початкової швидкості газовиділення. 2004 Article Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта / А.А. Рубинский // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 113-118. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2664-1771 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189887 622.831:622.02 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 |
| description |
Розглянуто фізичну сутність початкової швидкості газовиділення у шпури і можливість удосконалення способів оцінки викидонебезпеки вугільних пластів за зміною початкової швидкості газовиділення. |
| format |
Article |
| author |
Рубинский, А.А. |
| spellingShingle |
Рубинский, А.А. Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта Физико-технические проблемы горного производства |
| author_facet |
Рубинский, А.А. |
| author_sort |
Рубинский, А.А. |
| title |
Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта |
| title_short |
Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта |
| title_full |
Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта |
| title_fullStr |
Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта |
| title_full_unstemmed |
Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта |
| title_sort |
об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| publishDate |
2004 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189887 |
| citation_txt |
Об использовании газовыделения в шпур для оценки выбросоопасного состояния призабойной части угольного пласта / А.А. Рубинский // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 113-118. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Физико-технические проблемы горного производства |
| work_keys_str_mv |
AT rubinskijaa obispolʹzovaniigazovydeleniâvšpurdlâocenkivybrosoopasnogosostoâniâprizabojnojčastiugolʹnogoplasta |
| first_indexed |
2025-07-16T12:32:57Z |
| last_indexed |
2025-07-16T12:32:57Z |
| _version_ |
1837806835891961856 |
| fulltext |
УД К 6 2 2 .8 3 1 :6 2 2 .0 2
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ В ШПУР ДЛЯ
ОЦЕНКИ ВЫБРОСООПАСНОГО СОСТОЯНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ
ЧАСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
к .т .н . Р у б и н с к и й А .А . (М акН И И М инт опэнерго Украины)
Розглянуто фХзичну суттсть початковоХ швидкостг газовидыення у шпу-
ри I можпитстъ досконалення способов ощнки викидонебезпеки вугаьних плас-
пив за змшою початковоХ швидкостХ газовидшення.
ОN ТНЕ 118Е ОР ПЧ-НОЬЕ СА8 ЕМ188Ю1Ч8 РОК СШТВШ18Т
Е8Т1МАТШ С ОР СОАЬ-МЕА81ЖЕ КОСК8
КиЫпяку А.А.
РИузХсаI еззепсе о / тШа! §аз ет т ю п га1е т 1ке Ио1ез апсX (Не рошЪШху о /
1тргоуш% оиХЬигз! езИтаЧоп теХкосЬ Хкгоиф 1ке теазигетепХ о /тН'ш1 §аз етХ.ч-
зюп гаХе аге сИзсиззесХ.
Исследованиями установлена принципиальная возможность прогно
зирования опасных по внезапным выбросам угля и газа призабойных уча
стков пластов по величине абсолютных значений начальной скорости газо
выделения из шпуров (скважин).
Рассмотрим физическую сущность начальной скорости газовыделе
ния в шпур.
Горные породы относятся к классу материалов, разносопротивляю-
щихся сжатию и растяжению и для которых напряженное состояние явля
ется естественным. Наличие горной выработки приводит к разгрузку при
легающей к ней части массива. Разгрузку можно рассматривать как при
ложение к контуру выработки напряжений, величина которых совпадает с
действующими в некотором массиве, но противоположными им по зна
ку [1].
Пусть в неограниченной плоскости, загруженной на бесконечности
нагрузкой с интенсивностью Р о, находится скважина радиуса К0, контур
которой также равномерно нагружен с интенсивностью Рс рис. 1. При
этом вокруг скважины появляются тангенциальные ( а , ) и радиальные
( а г) напряжения. В силу основных положений теории разносопротивляю-
щихся сжатию и растяжению сред, в плоской постановке задачи вокруг
скважины возникает зона II, ограниченная радиусом р , на котором <7= 0.
Внутри этой зоны ( Р а < г < р ) напряженное состояние имеет вид <7> 0,
ИЗ
<УГ< 0. В зоне I ( /С><г< оо) напряженное состояние определится видом
<У< 0, стг<0 .
Обобщенный закон Гука для двух рассматриваемых зон имеет
вид [2]:
для первой зоны
е г = — { а г - у а т), е т = - ^ ( с тт - у “стг) (1)
Е Е
для второй зоны
е г = ~ ( о - г - и +сгг) ,
(2)
где сг,, а . , е г , е г - соответственно радиальные и тангенциальные
напряжения и деформации;
Е " ,Е ~ , у + ,У~ - модули упругости и коэффициенты Пуассона при
растяжении и сжатии соответственно.
Ро
Рис.1. Схема для расчета напряженного состояния массива вокруг
скважины.
114
Уравнения равновесия элемента пространства, справедливые для
обеих частей пространства:
г ~ г ~ + (о'г - сг,) ~ О
аг
(3)
и граничные условия:
= ~ Ро ПРИ г = <*>,о-г = Р 0 при г = К 0
<7г = 0 , ( /, = I I 2 при г ~ р
где /У,.- нормальные перемещения ( /= 1 ,2 ) .
с!1] и
Из соотношении е г ------ . е, = — получим перемещения для пер-
д г г
вой области:
( /1 = - ^ г - [ 2 г2( 1 - 0 + Я2( 2 ^ + 1 ) ] (4)
4 Е г
Перемещения во второй области получим из времени уравнения:
а 2и сш е +тт .
г — г- + г + — 11 = 0 , (5)
с1г2 й г Е ~
при граничных условиях:
сг. = - Р при г = К0
<7Г = 0 при г = р
К ( 1 - у +у- ) п
■к
~(1 + у+)/72"-г2п+ ( 1 - у+)~
Е~ ^Р2" - р 2") 1 г ) (1_ И )(! + „ ) ] (6)
где п = ■
Из (4) и (6) при условии (У, = СЛ, и г = р получим, что радиус р не
зависит от уровня напряженности, а определяется физико-механическими
свойствами среды.
Фактически угольный массив впереди забоя горной выработки нахо
дится в объемно-напряженном состоянии.
Считая поле напряжений в газоносном массиве равнокомпонентным,
согласно [3,4], получим распределение напряжений впереди забоя выра
ботки вида, представленного на рис. 2. Как видно из рисунка можно выде-
115
лить три зоны различающихся по уровню напряженности. Зона I характе
ризуется напряженным состоянием растяжения. В связи с чем происходит
смещение пласта в сторону выработанного пространства. Зона И, в которой
имеют место повышенные напряжения. Зона III является переходной к
естественному напряженному состоянию массива.
Рис. 2. Теоретические распределения напряжений (<т,) впереди забоя вы
работки ( I , м) (а) и начальной скорости газовыделения в шпур
( д , л/мин) (б), а . , о~х - вертикальная и горизонтальная составляющие поля
напряжений; д {, д г , д г , - значения скоростей газовыделения в различных
по напряжениям зонах.
Начальную скорость газовыделения можно считать дебитом скважи
ны в момент времени = (0 — I » 0 ( (0- время пуска скважины). Предпо
лагая, что начальная скорость газовыделения является функцией газонос
ности, газопроницаемости и определяется уровнем напряженности разгру
женной зоны, создаваемой горизонтальной компонентой [3] при постоян
ном радиусе питания р
116
(7)
где ^ - начальная скорость газовыделения;
X - функция, пропорциональная газоносности пласта;
к и - коэффициент проницаемости; а х - горизонтальная компонента
поля напряжений; а - постоянная.
Значения начальной скоросги газовыделения на границах выделенных
зон при условии совпадения X составят
<?1 = х К е; (8)
Чг = (9)
<7з = ХКе~°°* (Ю)
Таким образом, величина начальной скорости газовыделения в шпур,
измеренная на различном расстоянии от забоя выработки может характе
ризовать напряженное состояние угольного массива.
Известные способы прогноза и контроля выбросоопасности, осно
ванные на измерении газовыделения в шпур предполагают измерение аб
солютного (масимального) газовыделения в измерительную камеру в тече
нии 2-3 минут с момента окончания бурения шпура (до стабилизации ^ и).
При этом в каждом случае не учитывается величина этого времени измере
ния.
Бурение шпуров с промывкой и продувкой в известных методах за
прещено, т.к. вследствие принудительного удаления выделившегося газа в
шпур при его бурении искажаются результаты измерений. Об этом под
тверждают исследованиями, проведенными на выбросоопасном угольном
пласте т ъ шахты им. К.И. Поченкова ПО "Макеевуголь" (таблица 1).
Измерения проводились в конвейерном штреке. Глубина шпуров 1 и
I7 была 2,5 м, 2 и Х - 3,0 м; длина измерительной камеры - 0,2 м. Гермети
зация осуществлялась затвором ЗГ-1, а измерение скорости газовыделения
- прибором ПГ-2МА.
Шпуры Г и 27 бурились на расстоянии до 0,5 м от шпуров 1 и 2.
Результаты измерений, приведенные в таблице показывают, что од
ним из возможных способах прогнозирования выбросоопасных зон по ско
рости газовыделения в шпур может быть характер изменения начальной
скорости газовыделения во времени в зависимости от способа удаления
бурового штыба из шпура. Например, возможно использование факта из
мерения (увеличения) во времени абсолютного значения газовыделения
117
Таблица 1. Значение скорости газовыделения в шпур в зависимости
от различных способах очистки от штыба.
№
шпура
Способ очистки
измерительной
камеры
Ско|эость газовыделения (л/мин) через, мин.
0,0‘> 2 5 7 10 15 20
!• Буровым инст
рументом
1,72 1,40 1,27 1,20 1,01 0,82 0,6
I7 Продувкой 0,62 0,6 0,58 0,58 0,52 0,48 0,41
2. Буровым инст
рументом
1,40 1,22 1,2 1,67 1,01 0,85 0,82
27 Продувкой 0,0 1,3 1,3 1,2 1,07 0,60 0,0
' время от окончания бурения до начала измерений в каждом случае составляло
1,0 мин.
в шпур после продувки его воздухом. Данный способ возможно реализо
вать после бурения шпура витой штангой и последующей продувкой шпу
ра воздухом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Степанович Г.Я., Николин В.И., Лысиков Б.А. Газодинамические явле
ния при подготовке глубоких горизонтов. Изд. "Донбасс", Донецк, 1970.
2. Амбарцумян С.А., Хачатрян А.А. К разномодульной теории упругости.
МТТ, 1966, № 6.
3. Дихтяр А.А., Зорин А.Н., Синюков Ю.Н. Определение напряженного
состояния горного массива вблизи забоя выработки при щелевой раз
грузке. "Шахтное строительство", 1973, № 2.
4. Барон Л.И., Керекагшца Л.Г. Сопротивляемость горных пород отрыву.
"Наукова думка", К., 1974.
118
|