Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы

Наведено результати експериментальних досліджень в промислових умовах шахт способу управління станом вуглепородного масиву шляхом вібраційної дії на при забійну частину вугільного пласта через вміщуючі породи....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Житленок, Д.М., Крышнев, А.С., Петух, А.П., Золотин, В.Г.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Назва видання:	Геотехническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54277
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:	Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы / Д.М. Житленок, А.С. Крышнев, А.П. Петух, В.Г. Золотин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 18-23. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-54277
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-542772014-01-31T03:12:56Z Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы Житленок, Д.М. Крышнев, А.С. Петух, А.П. Золотин, В.Г. Наведено результати експериментальних досліджень в промислових умовах шахт способу управління станом вуглепородного масиву шляхом вібраційної дії на при забійну частину вугільного пласта через вміщуючі породи. The results of experimental studies in industrial environments mining method for controlling condition coal massif by vibrations influence well bottom part of the coalbed through the host rocks. 2012 Article Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы / Д.М. Житленок, А.С. Крышнев, А.П. Петух, В.Г. Золотин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 18-23. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54277 622.234.5(088.8) ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Наведено результати експериментальних досліджень в промислових умовах шахт способу управління станом вуглепородного масиву шляхом вібраційної дії на при забійну частину вугільного пласта через вміщуючі породи.
format	Article
author	Житленок, Д.М. Крышнев, А.С. Петух, А.П. Золотин, В.Г.
spellingShingle	Житленок, Д.М. Крышнев, А.С. Петух, А.П. Золотин, В.Г. Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы Геотехническая механика
author_facet	Житленок, Д.М. Крышнев, А.С. Петух, А.П. Золотин, В.Г.
author_sort	Житленок, Д.М.
title	Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы
title_short	Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы
title_full	Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы
title_fullStr	Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы
title_full_unstemmed	Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы
title_sort	результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54277
citation_txt	Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы / Д.М. Житленок, А.С. Крышнев, А.П. Петух, В.Г. Золотин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 18-23. — рос.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT žitlenokdm rezulʹtatyéksperimentalʹnyhissledovanijupravleniâsostoâniemugolʹnogoplastavibracionnymvozdejstviemnanegočerezvmeŝaûŝieporody AT kryšnevas rezulʹtatyéksperimentalʹnyhissledovanijupravleniâsostoâniemugolʹnogoplastavibracionnymvozdejstviemnanegočerezvmeŝaûŝieporody AT petuhap rezulʹtatyéksperimentalʹnyhissledovanijupravleniâsostoâniemugolʹnogoplastavibracionnymvozdejstviemnanegočerezvmeŝaûŝieporody AT zolotinvg rezulʹtatyéksperimentalʹnyhissledovanijupravleniâsostoâniemugolʹnogoplastavibracionnymvozdejstviemnanegočerezvmeŝaûŝieporody
first_indexed	2025-07-05T05:38:22Z
last_indexed	2025-07-05T05:38:22Z
_version_	1836784186552221696
fulltext	18 УДК 622.234.5(088.8) Д-р техн. наук Д.М. Житленок, инж. А.С. Крышнев (ГП «Дзержинскуголь») кандидаты техн. наук А.П. Петух, В.Г. Золотин (ИГТМ НАН Украины) РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ВИБРАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА НЕГО ЧЕРЕЗ ВМЕЩАЮЩИЕ ПОРОДЫ Наведено результати експериментальних досліджень в промислових умовах шахт спосо- бу управління станом вуглепородного масиву шляхом вібраційної дії на при забійну частину вугільного пласта через вміщуючі породи. RESULTS EXPERIMENTAL RESEARCH FOR CONTROL OF COALBED CONDITION BY DINT OF VIBRATIONS INFLUENCE IT ACROSS HOST ROCKS The results of experimental studies in industrial environments mining method for controlling condition coal massif by vibrations influence well bottom part of the coalbed through the host rocks. При разработке угольных пластов в горном массиве у границ выработанного пространства формируется зона неупругих деформаций, размеры которой в значительной мере предопределяют динамические проявления горного давле- ния. Увеличение размеров зоны неупругих деформаций в пласте, и тем самым предотвращение динамических проявлений горного давления, осуществляется с помощью разгрузочных пазов и щелей, гидроразрывом пласта, камуфлетным или сотрясательным взрыванием. Однако, указанные способы не всегда эффек- тивны. В связи с этим был предложен вибрационный способ управления состо- янием угольного пласта путем вибрационного воздействия системой гидравли- ческих вибраторов на пласт через вмещающие породы. Экспериментальные испытания данного способа проводились на шахтах «Комсомолец Донбасса» ГП «Шахтерскантрацит», «Торецкая» и «Северная» ГП «Дзержинскуголь», разрабатывающих соответственно пласты l7, k 1 5 - «Подпяток» и l 1 2 - «Кирпичевка». Мощность пластов 1,0-1,1; 0,85-1,15 и 0,09 м. Угол падения – 3; 43; 55º. Предел прочности на сжатие 15, 19 и 13 МПа. При- родная газообильность пластов 29, 10 и 5 м 3 на 1 т суточной добычи. Кровля и почва пласта l7 представлена алевролитами с пределами прочности на сжатие (ζсж) 60-100 МПа, мощность которых изменяется соответственно в пределах 6,4-13,0 и 3,5-4,5 м. В кровле пласта K 1 5 залегают равнопрочные (ζсж = 30÷40 МПа), глинистые сланцы мощностью 10 м. Кровля пласта l 1 2 также пред- ставлена глинистым сланцем мощностью 10 м, а почва – перемещающимися слоями глинистого и песчанистого сланцев мощностью 0,4-2,0 м. Предел проч- ности пород кровли и почвы на сжатие (ζсж) 30, 90-100 МПа. На шахте «Комсомолец Донбасса» исследования проводились в нише забоя 19 южного откаточного штрека, а на шахтах «Торецкая» и «Северная» у забоев очистных выработок (рис. 1). 1 – газовый затвор; 2 – геофон; 3 – деформометры; 4 – стойка СУИ-2; 5 – стойки крепления; 6 – система вибраторов; 7 – самописец. Рис. 1 – Размещение оборудования и приборов на шахте «Комсомолец Донбасса». Южный откаточный штрек проходили комбайном с опережением забоя ла- вы. Сечение штрека в свету 14,4 м 2 . Крепь – металлическая арочная податливая из СВП-22. Затяжка железобетонная. Расстояние между рамами крепи 1,0 м. Длина и ширина ниши составляли соответственно 2,5 и 4,4 м. Крепилась она деревянными стойками. В ней была установлена система вибраторов, состоя- щая из двух гидростоек крепи «Спутник». Разработанный для данной системы вибраторов механизм управления обеспечивал работу гидростоек в непрерыв- ном режиме. На шахте «Торецкая» исследования проводились в уступе лавы, в которой были установлены шесть гидростоек мехкрепи М-87. Выемка угля в лаве про- изводилась отбойными молотками. Длина уступа 8-10 м. Поддерживался уступ стойками деревянной органной крепи, устанавливаемых под распил (четыре стойки в ряду). Расстояние между стойками 0,9 м. Со стороны уступа выклады- вались два ряда обычных переносных костров из деревянных стоек. Расстояние 20 между кострами по падению пласта 3,0-4,0 м, а по простиранию 1,8 м. Экспериментальные испытания на шахте «Северная» проводились после остановки лавы и демонтажа оборудования. Вибраторы устанавливались со стороны углеспускного ската. Разработанное пространство поддерживалось стойками деревянной органной крепи. Система вибраторов, как и на шахте «Торецкая», состояла из шести гидростоек мехкрепи М-87, установленных на расстоянии 0,3 м от забоя лавы. В процессе исследований измерялись скорости сближения вмещающих по- род и газовыделения, изменение механических свойств угля и сейсмоакустиче- ской активности угольного пласта при вибрационном воздействии на него. Из всех рассмотренных средств волнового воздействия на горный массив к шахтным исследованиям были выбраны системы гидравлических вибраторов, работающие в непрерывном и импульсном режимах. Системы гидравлических вибраторов разработаны на базе отечественного горнодобывающего оборудования: гидростойки мехкрепи М-87, маслостанции СНУ-5 и др. На рис. 2 представлена схема системы гидравлических вибраторов, работа- ющих в непрерывном режиме. Она состоит из трех гидравлических стоек поса- дочной крепи «Спутник» 1, пневмодвигателя 2, гидрораспределителя 3, шаро- вого крана 4, маслостанции 5 и манометра 6. Рис. 2 – Гидравлическая схема системы вибраторов работающих в непрерывном режиме Система вибраторов работает следующим образом. Рабочая жидкость мас- лостанцией 5 подается по напорной магистрали в гидрораспределитель 3. Од- новременно включается пневмодвигатель 2, вращение которого передается на гидрораспределитель 3. Далее рабочая жидкость по гидромагистралям пооче- редно поступает сначала в поршневую, а затем в штоковую полости гидросто- ек, обеспечивая, таким образом, непрерывный вибрационный режим. Регулирование частоты колебаний системы вибраторов осуществляется из- 21 менением частоты вращения приводного пневмодвигателя. Амплитуда и величина начального давления регулируются путем изменения проходного сечения шарового крана 4. Для повышения усилия воздействия на породно-угольный массив на базе гидростоек мехкрепи М-87 разработана система вибраторов, работающая в им- пульсном режиме. Она состоит (рис. 3) из трех – шести гидростоек 1 с гидро- замками 2, манометров 3, обратного клапана 4, редукционного клапана 5, мас- лостанции 6, шарового крана 7. Рис. 3 – Гидравлическая схема системы вибраторов работающих в импульсном режиме с ручным управлением Система вибраторов работает следующим образом. Маслостанцией 6 рабо- чая жидкость через редукционный клапан 5, обратный клапан 4 по напорной линии с манометром 3 подается в поршневые полости гидростоек. Давление жидкости возрастает до давления надстройки редукционного клапана, который переводит поток рабочей жидкости в цепь управления. Гидрозамки 3 срабаты- вают и производят резкий сброс жидкости из гидростоек. Давление жидкости в гидростойках падает, редукционный клапан закрывается и снова начинает про- пускать рабочий агент в поршневые полости гидростоек. Жидкость из управ- ляющих полостей гидрозамков 2 через шаровой кран 7 поступает на слив. Гид- розамки закрываются, давление в напорной магистрали и поршневых полостях гидростоек повышается и цикл работы повторяется. Период колебаний системы вибраторов устанавливается шаровым краном путем регулирования его дросселирующего отверстия. Система вибраторов, работающая в непрерывном режиме, позволяла полу- чать усилия воздействия до 710 кН при частоте колебаний до 10 Гц и амплиту- де 0,15 мм, синхронность срабатывания гидростоек до 90 %. Система вибраторов, работающая в импульсном режиме, позволяла полу- 22 чать усилия воздействия до 3000 кН при амплитуде колебаний поршня от 0,15 до 11 мм, период следования импульсов 5-12 с, синхронность срабатывания гидростоек до 95 %. Для контроля состояния массива горных пород и параметров системы виб- раторов использовались следующие приборы: измерительная стойка с индика- тором типа ИЧ-10, звукоулавливающая аппаратура ЗУА-4, измеритель дефор- маций ИИД-3, крепостемер ПК-1, прибор для измерения газовыделения ПГ- 2МА, газовый затвор ЗГ-1 и др. Для исследования величины и характера сближения вмещающих пород на экспериментальных участках оборудовались замерные станции, каждая из ко- торых включая измерительные стойки СУИ-2, индикаторы часового типа ИЧ- 10, самописец СПШ-67. Замерные станции позволили в течение всего экспери- мента вести дискретные и непрерывные измерения скорости сближения боко- вых пород. В начальный период шахтного эксперимента скорости сближения вмещаю- щих пород были весьма малые и находились в пределах от 7,4∙10 -10 м/с в условиях пласта l7 шахты «Комсомолец Донбасса» до 1,15∙10 -8 м/с на l 1 2 шахты «Северная» и объясняется тем, что на участках экспе- римента длительное время не велись горные работы. При воздействии системы вибраторов на горный массив скорость сближе- ния боковых пород возрастает до 5∙10 -4 м/с, что свидетельствует о значитель- ном влиянии работы вибраторов на состояние углепородного массива, особенно в начальный период. По окончании воздействия скорость сближения вмещаю- щих пород на два порядка превышала начальную, а через сутки уже мало отли- чалась от скорости, измеренной до начала эксперимента. Величина и характер газовыделения из угольного массива определялись прибором ПГ-2МА в комплекте с газовым затвором ЗГ-1, с помощью которого производилась герметизация шпуров диаметром 0,042 м до глубины 3,5 м. Все пласты, на которых проводились экспериментальные работы, характе- ризуются малой газоносностью, поэтому изменение газовыделения в угольном массиве определялось по изменению давления газа в шпурах. В результате проведенных измерений установлено, что скорость изменения давления газа в первые минуты после бурения шпура возросла до 5,8 Па/с и в дальнейшем стабилизировались. После 1 ч непрерывной обработки угольного пласта скорость изменения давления газа в шпуре возросла до ΔΡ ≈ 980 Па/с и в течение последующих воздействий оставалась постоянной. Это свидетельству- ет об увеличении газовыделения из угольного пласта в начальный период воз- действия системы вибраторов и интенсивной дегазации горного массив в тече- ние воздействия. Через сутки после прекращения вибрационной обработки угольного пласта газовыделения уменьшились на 15-30 %. Изменение крепости угля определялось прибором ПК-1. Для этого в уголь- ных пластах вблизи системы вибраторов бурились шпуры диаметром 0,042 м и длиной 0,5, 1,0 и 1,5 м. Замерами установлено, что прочность угля в результате 23 воздействия системы вибраторов уменьшилась на всех экспериментальных участках. Например, в шпуре длиной 0,5 м снижение крепости угля до ƒ ≈ 0 наступило после 150 импульсов, в шпуре длиной 1,0 м коэффициент крепости угля остался без изменения, а в шпуре 1,5 м – увеличился от 1,0 до 1,2. После выполнения системой вибраторов очередных 160 импульсов коэффициент кре- пости угля в шпурах длиной 1,0 и 1,5 м снизился до ƒ ≈ 0. Следовательно, в горном массиве произошло разупрочнение угля до глубины 1,5 м, а свыше 1,5 м крепость угля несколько увеличивается, что свидетельствует о перемещении максимума зоны опорного давления вглубь массива. При этом расстояние до максимума зоны опорного давления увеличилось от 1,05 до 3,0 м. Для сейсмоакустического контроля состояния горного массива при вибра- ционном воздействии использовалась звукоулавливающая аппаратура ЗУА-4 с регистрацией сейсмоакустических сигналов. Подземные блоки (геофоны) уста- навливались на расстоянии 3, 10, 15 и 25 м от источника вибровоздействия. За- пись с двух разноудаленных источников производилась синхронно. Получен- ный сигнал пропускался через частотные фильтры для определения всплесков спектральной плотности. В результате обработки полученных данных о сейсмоакустической активно- сти горного массива установлено увеличение шумности в 3,8 раза, что свиде- тельствует о процессе интенсивного трещинообразования в угольном пласте. Анализ сейсмоакустической активности горного массива при вибрационном воздействии на него показал, что максимум спектральной плотности в области низких частот (до 100 Гц), а с удалением геофонов от источников воздействия и спектры генерируемых в горном массиве волн становится более широкопо- лостны и могут быть разложены на кратковременные импульсы с аппроксима- цией δ(t) – функцией. Изменение напряженно-деформированного состояния горного массива ре- гистрировалось с помощью деформометров ДП-8 и измерителя деформаций ИИД-3. В результате измерений установлено разупрочнение угля до глубины ~ 1,5, что проявлялось в раскрытии трещин размером от 0,19∙10 -3 м при 60 им- пульсах воздействия до 0,42∙10 -3 м при 120 импульсах. В результате экспериментальных исследований установлена принципиаль- ная возможность использования систем гидравлических стоек в качестве средств вибрационного управления состоянием горного массива. Инструмен- тальными измерениями подтверждено изменение физико-механических свойств угольного пласта при вибрационном воздействии на него, а также установлены условия применения способа, основные параметры процесса, технологические и конструктивные параметры и критерии управления состоянием углепородно- го массива вибрационным воздействием на него через вмещающие породы. 24 УДК [622.451:681.518.5:004.9].001.25 Академик НАН Украины А.Ф. Булат (ИГТМ НАН Украины), д-р техн. наук Б.В. Бокий (ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько»), кандидаты техн. наук И.А. Ященко (Минуглепром Украины), Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин (ИГТМ НАН Украины) КОНЦЕПЦИЯ БЕЗОПАСНОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ В НОРМАЛЬНЫХ И АВAРИЙНЫХ РЕЖИМАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ У нинішній час існують такі нормативно-методичні документи вугільної галузі, як Кон- цепція підвищення рівня охорони праці в у нормальних та аварійних режимах на вугільних шахтах України та Концепція безпеки. Однак вони відносяться переважно до технічних ас- пектів охорони праці, і не враховують нових тенденцій – впровадження на багатьох шахтах інформаційно-аналітичних технологій контролю та керування технологічними процесами. У статті викладено основні положення, які ліквідують вказані недоліки в частині вентиляцій- них технологій. CONCEPTION OF SAFE CONTROL AND MANAGEMENT BY VENTILATION OF COAL MINES IN NORMAL AND ACCIDENT REGIMES WITH THE USE OF INFORMATION-ANALYTYCAL TECHNOLOGIES There are the such normatively-methodical documents of coal industry in present time, as Conception of increase of level of labour protection on the coal mines in normal and accident regimes of Ukraine and Conception of safety. However much they behave mainly to the technical aspects of labour protection, and new tendencies are not taken into account is introduction on many mines of information-analytycal technologies of control and technological process control. Substantive provisions which liquidate the indicated failings in part of vent technologies are expounded in the article. Концепция безопасности, как известно, представляет собой системное из- ложение основных принципов, соблюдение которых обеспечит поддержание необходимого уровня защищенности от угроз при минимальных затратах на силы и средства защиты. По состоянию на 1.06.2011 года, глубина большинства шахт Украины пре- вышает 750м, а 33 шахты работают на глубине 1000-1400м. Более 90% шахт – газовые, 70% - опасные по взрываемости угольной пыли, 50% - по газодинами- ческим явлениям, 25% - по самовозгоранию угля. Только 9% шахт работают менее 30 лет, а 50% - 50-70 лет. Изношенность основных фондов и горношахт- ного оборудования превышает 60%. Одним из показателей охраны труда на предприятиях угольной промышленности является количество несчастных слу- чаев с летальным исходом на 1 млн тонн добычи угля. В Украине при добыче 75 млн тонн угля в год этот показатель равен 3,7, и она является мировым лиде- ром (для сравнения, этот показатель в США – 0,02, в Германии – 0,08, в России

Результаты экспериментальных исследований управления состоянием угольного пласта вибрационным воздействием на него через вмещающие породы

Репозитарії

Схожі ресурси