Дисертацію присвячено вирішенню важливої наукової проблеми, пов'язаної із розвитком аналітичних методів дослідження геомеханічного стану масиву при підземному видобутку вугілля. Узагальнено просторову задачу про напружено-деформований стан масиву поблизу виробок із урахуванням пластичних зон. Побудовано математичну модель, розроблено методи розрахунку і вивчено закономірності процесу віджиму вугільного пласта в лавах. Досліджено вплив фізико-механічних властивостей вугілля і порід, глибини залягання і кута нахилу пласта, який містить ділянку зруйнованого вугілля, на динаміку процесу віджиму. Встановлено, що при наближенні очисних робіт до області зруйнованого вугілля швидкість зближення бокових порід у глибині масиву більша, ніж поблизу забою. Розроблено й обгрунтовано методи розрахунку оптимальних параметрів захисних заходів.

  Скачати повний текст

Наведено рішення актуальної проблеми - розкриття викидонебезпечних пластів прохідницькими комбайнами, які не забезпечені системою дистанційного управління з безпечної відстані. На основі досліджень напружено-деформованого стану гірничого масиву отримано диференціальне рівняння для моделювання процесів, що відбуваються у привибівній частині пласта під час переміщення всередину масиву поверхні відторгнення, утвореної виконавчим органом комбайна. Моделювання дозволило уточнити природу ефекту зниження частоти й інтенсивності викиду під час виїмки вугілля прохідницькими комбайнами. Встановлено закономірності виникнення викидів вугілля і газу за умов розкриття пластів на шахтах Донбасу. Визначено показники, що забезпечують можливість безпечного перебування шахтарів, які працюють поблизу комбайна під час виїмки вугілля. Встановлено особливості прояву і контролю ефективності релаксації напружень у вугільному масиві за умов наближення до пласта розкритої виробки. За результатами аналітичних і експериментальних досліджень визначено область застосування, параметри та технологію виконання способу розкриття.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання прогнозування викидонебезпечності вуглепородного масиву в шахтах на основі використання геолого-геофізичних даних. Досліджено й обгрунтовано петрофізичні взаємозв'язки показників викидонебезпечності та геофізичних параметрів вугільних пластів. Встановлено, що всі параметри стандартного комплексу каротажу розвідувальних свердловин інформативні, їх можна використовувати для оцінки викидонебезпечності в багатомірних петрофізичних моделях, що розраховуються за допомогою сучасних методів регресійного аналізу або класифікації, реалізованих комп'ютерними програмами вітчизняного і зарубіжного виробництва. Розроблено нетрадиційну технологію прогнозу викидонебезпечності вуглепородного масиву, що об'єднує всі види прогнозу на шахті за допомогою геоінформаційних систем у режимі відкритого моніторингу.

  Скачати повний текст

Висвітлено питання створення гідродинамічного способу запобігання раптовим викидам вугілля та газу під час проведення пластових виробок у крутоспадних пластах. Наведено нову математичну модель процесу гідродинамічного впливу на пласт через свердловину. Встановлено залежності між змочуваємістю пласта та параметрами впливу. Визначено умови застосування й основні параметри впливу. Розраховано основні вузли пристрою для гідродинамічного впливу. Розроблено параметри способу та технологічну схему запобігання раптовим викидам при проведенні підготовчих виробок у незахищених викидонебезпечних пластах.

  Скачати повний текст

Доведено, що процес запобігання викидонебезпечності під час відробки захисних шарів є тимчасовим.

  Скачати повний текст

Визначено залежності прояву раптових обвалень вугілля від гірничо-геологічних умов залягання вугільних пластів, гірничотехнічних і геомеханічних умов їх розробки. Встановлено, що 35 % раптових обвалень вугілля відбулися в зонах впливу геологічних порушень; найбільш небезпечними щодо раптових обвалень є ділянки пластів зі зміною потужності на 15 % і більше, а також пласти (пачки), складені вугіллям III - V типів тектонічної порушеності. Прояв раптових обвалень вугілля зростає через збільшення потужності розроблюваного пласта та глибини розробки. З'ясовано, що 48,6 % раптових обвалень вугілля відбулися в області впливу очисних вибоїв сусідніх пластів, 74,4 % - в зонах підвищеного гірничого тиску (ПГТ), що утворюються створами зупинених вибоїв і крайових частин сусідніх пластів. Відмічено, що раптове обвалення вугілля можливе в над- і підроблених зонах. Установлено, що схильний до раптових обвалень пласт є сипучим, можливість обвалення якого зумовлена характером поводження бічних порід, тобто наявністю зависання порід покрівлі у виробленому просторі, обвалення яких сприяє процесу обвалення вугілля. Перетворення вугільного пласта на сипуче середовище відбувається під впливом геологічних факторів, гірничого тиску, сорбційного зниження міцності, розклинювальної дії рідких плівок, що утворюються внаслідок фазового переходу суміші метану та його гомологів. Уточнено деякі параметри технологічних і спеціальних способів запобігання раптовим обваленням вугілля. Визначено кути нахилу вибоїв прямолінійних лав за умов забезпечення стійкості вугільного масиву, а також параметри випереджальної кріпи з використанням пінополіуретанових складів.

  Скачати повний текст

Теоретично й експериментально обгрунтовано технології проведення підготовчих виробок на пластах, небезпечних через раптові викиди вугілля та газу, що гарантують усунення викидонебезпечності на підставі встановлених закономірностей руйнівної дії на вуглепородний масив струменів води високого тиску і перерозподілу напружень випереджувальним вийманням породної частини вибою, виконання вимог щодо безпечних відстаней для дистанційного управління машинами та механізмами. Встановлено раціональні параметри технологічних процесів усунення викидонебезпечності на базі використання високонапірних струменів води, в тому числі з абразивними додатками, для створення розвантажувальних пазів у вугільних пластах, щілин і порожнин у породах. Розроблено технологію безпечного проведення підготовчих виробок у два етапи з випереджувальною проходкою над вугільним пластом польової виробки зменшеного перерізу на першому етапі та наступним розширенням її до проектного перерізу на другому етапі. Усунення викидонебезпечності забезпечується оптимізацією товщини охоронного породного шару між вугільним пластом і польовою виробкою та незмінного випередження її відносно вибою виробки проектного перерізу. Визначено безпечні відстані для дистанційного управління машинами та механізмами під час проведення підготовчих виробок на небезпечних та особливо викидонебезпечних похилих і крутих пластах, базуючись на результатах максимальної дальності відкидання вугілля у разі раптових викидів у процесі технологічної дії на пласт.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання створення технології управління важкообвальною покрівлею (ВОП) під час проведення виробок і тонких пластах, яка базується на закономірностях дії вибуху в масиві та фізико-хімічного зміцнення порід покрівлі лав, вироблений простір яких закладається пустою породою з використанням замкнених породотранспортних систем. Досліджено механізм формування додаткової тріщінуватості та деформацій порід покрівлі, зумовлених впливом на них підривних робіт, визначено ступінь впливу параметрів вибуху на граничний стан породного масиву. Розроблено технологію буропідривних робіт і програму оперативного прогнозу стійкості ВОП для вибору типу кріплення виїмкових виробок з пологим заляганням тонких викидонебезпечних пластів. Запропоновано ефективні засоби механізації породозакладних робіт, обгрунтовано технологію повного та часткового закладання виробленого простору з визначенням розрахункових параметрів і реакції опору охоронної бутової смуги, її ширини за безцілкового виймання викидонебезпечних і самозаймистих пластів.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання безпеки підривних робіт запобіжними вибуховими речовинами п'ятого класу. Встановлено, що основними напрямками підвищення безпеки підривних робіт є збільшення стійкості запобіжних вибухових речовин (ЗВР) проти вигоряння за рахунок зниження їх підпалюваності, покращання детонаційної здатності та водостійкості ЗВР за умови більш високої працездатності, ніж у вугленіта Е-6. Висвітлено спосіб зниження підпалюваності за рахунок введення до складу ЗВР вуглекислого кальцію. Розроблено математичну модель, що описує запаленння метано-повітряної суміші під час підривних робіт, за допомогою якої визначено граничну кількість сенсибілізатора (13 %) у складі ЗВР, що забезпечує його максимально можливу детонаційну здатність. Досліджено оптимальну кількість інгібітора у складі ЗВР з позиції підвищення рівня запобіжності та працездатності. Доведено підвищення водостійкості ЗВР заміною деревної муки полістиролом.

  Скачати повний текст

Розроблено новий метод прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів, який враховує вплив космогонічних факторів на газодинамічний стан гірничого масиву. Встановлено тісний взаємозв'язок між раптовими викидами вугілля та газу і земними припливами, обумовленими впливом космогонічних факторів. Розроблено математичну модель гірничого масиву, яка враховує їх вплив. Встановлено нові закономірності, представлені у вигляді емпірико-аналітичних рівнянь, що відображають вплив геологічних порушень на характер розподілу викидонебезпечних зон у часі. Визначено закономірності, представлені у вигляді емпірико-аналітичних рівнянь, які визначають вплив геологічних порушень на часовий характер розподілу викидонебезпечних зон.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання створення нового методу оперативної оцінки ступеня напруженого стану привибійної зони гірського масиву з метою прогнозування можливості розвитку раптового викиду вугілля та газу. На підставі лабораторних та аналітичних досліджень обгрунтовано та обрано з множини окремих параметрів акустичного сигналу складові, що перебувають у різних частинах спектра, які реагують на зміну напруженого стану ближньої області масиву. Встановлено закономірності зміни спектральних складових зондувального сигналу від рівня механічних напружень. Доведено, що за джерело зондувального сигналу в гірничій виробці може використовуватися шум механізмів, що проводять роботу з руйнування елементів масиву.

  Скачати повний текст

Досліджено особливості газовиділення з вироблених просторів відпрацьованих лав і запропоновано шляхи запезпечення безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів під час активації зрушування порід. Проаналізовано сучасні уявлення про процеси утворення газу у вугільних родовищах і формах знаходження метану у вугіллі і породах. Встановлено умови та причини, що спричиняють газовиділення з вироблених просторів відпрацьованих лав під час активізації зрушування порід. Обгрунтовано й покладено в основу концепції залежність газовиділення у зонах впливу очисних виробок від ступеня підпрацьованості порід та їх напруженого стану. Розроблено модель, що якісно пов'язує газовиділення в гірничі виробки і дегазаційні свердловини з зон з різним напруженим станом порід під час розвитку очисних робіт у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Виявлено умови утворення та розташування зон метановиділення відносно очисного вибою. Встановлено прямо пропорційну залежність між кількістю газу, що виділився з вироблених просторів відпрацьованих лав і об'ємами мульд зрушування земної поверхні, спричинених відпрацюванням чергової виїмкової дільниці. Розроблено схеми провітрювання та дегазації виїмкових дільниць під час активізації зрушування порід. Здійснено апробацію розроблених схем і методів та підтверджено правильність та ефективність запропонованих рішень.

  Скачати повний текст

Визначено природні закономірності деформування у часі порід міжпластя у процесі першочергової надробки або підробки викидонебезпечних пластів, що базується на схильності осадових гірничих порід до деформацій генетичного повернення під час розвантаження, яка забезпечує необхідну для запобігання раптових викидів вугілля та газу дегазацію. Розроблено та апробовано нові параметри методу першочергової відробки захисних пластів, зокрема потужність порід міжпластя М та випередження лавою захисного пласта гірничих робіт викидонебезпечного L з урахуванням фактора часу та складу порід міжпластя.

  Скачати повний текст

Проаналізовано існуючі методи вимірювання вмісту метану, засобів і систем контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт. Досліджено причини неоднозначної та нестабільної роботи засобів контролю вмісту метану та вплив неконтрольованих компонентів і параметрів рудникової атмосфери на їх роботу. Запропоновано нові методи контролю, що усувають можливість неоднозначного вимірювання концентрації даного газу в гірничих виробках шахт і розроблено засоби контролю вибухонебезпечності, що підвищують вірогідність й ефективність контролю та забезпечують однозначність роботи сигналізації та захисту. Визначено шляхи удосконалення даних засобів і систем.

  Скачати повний текст

Розроблено наукові засади стійкості системи "вугілля - газ" для створення способів прогнозування викидонебезпечності вугільного масиву, осередків газодинамічних явищ (ГДЯ) та кваліфікації ГДЯ, що сталися (раптові викиди, обрушення). Здійснено теоретичні дослідження, які дозволяють розробити фізичну модель та встановити закономірності, які оцінюють стійкість даної системи залежно від щільності заповнення її метаном, розглянути умови виходу метану (викиди вугілля та газу) з поруватої структури вугілля за рахунок хвилі розвантаження та механізм зміни процесу дифузії на фільтрацію. Грунтуючись на результатах теоретичних досліджень, експериментально за умов об'ємного нерівнокомпонентного навантаження, що моделює стан привибійної частини пласта, уперше встановлено, що високошвидкісне розвантаження газонасиченого вугілля переводить його з межового стану за умов узагальненого розтягування за напруженнями та деформаціями зі зміненням фізико-механічних властивостей, що характеризують перехід від зсувного механізму руйнування до пошарового відриву внаслідок вскриття частини закритих пор, в яких знаходиться 70 - 75 % сорбованого метану. Обгрунтовано критерій викидонебезпечності газоносних пластів, що враховує вміст флюїдів у вугіллі, напружений стан та міцність вугілля. За зміненням вільної енергії вугілля, що визначається щільністю заповнення його відкритих і закритих пор метаном, обгрунтовано критерії визначення місцерозташування осередків викиду вугілля та газу, а за ступенем пошкодженості сорбційного об'єму вугілля, оцінюваного енергією активації виходу метану та часом його десорбції, - критерій кваліфікації типу ГДЯ.

  Скачати повний текст

Проаналізовано чинники виникнення вибухів метану на вугільних шахтах, засобів і систем аерогазового захисту. Досліджено причини відмов газоаналізатора, зокрема внаслідок дії неконтрольованих чинників за їх екстремальних значень і несанкціонованого втручання в роботу газоаналізаторів. Теоретично й експериментально обгрунтовано методи автоматичної діагностики стану термокаталітичного датчика та виявлення несанкціонованого обмеження надходження метаноповітряної суміші до чутливих елементів термокаталітичного датчика. За результатами досліджень запропоновано схемні рішення й алгоритми роботи аналізаторів метану з автоматичною діагностикою працездатності та захистом від несанкціонованого втручання, на базі яких розроблено технічні завдання на виконання дослідно-конструкторських робіт зі створення засобів контролю вибухонебезпечності гірничих виробок шахт нового технічного рівня.

  Скачати повний текст

Установлено закономірність формування викидонебезпечної ситуації, зумовленої затримкою деформацій порід покрівлі, що характеризується відсутністю розшарувань у породній товщі масиву на відстані від 6-ти до 20-ти м від вугільного пласта. Виявлено зворотно-поступальне переміщення максимуму гірського тиску під час виїмки вугілля у підготовчому вибої, який припиняється у викидонебезпечній зоні за 6 м до прояву викиду вугілля та газу й відновлюється, у середньому, через 23 м руху вибою за цією зоною.

  Скачати повний текст

Розроблено фізичну модель деформування шарів міжпластя яка враховує міцність і товщину цих шарів, а також ефект "екрана", створений міцнішими породами, що лежать вище, у разі деформування менш міцних нижчележачих шарів, за рахунок уведення нового параметра - умовної потужності однорідного деформованого шару. З урахуванням факторів, що характеризують функціонування фізичної системи "захисний пласт - міжпластя - надроблюваний пласт" розроблено багатофакторну статистичну модель поділу надроблених викидонебезпечних пластів за трьома зонами відповідно до категорій захисту у разі випереджальної надробки. Установлено, що надроблюваний пласт бере участь у формуванні захисної дії та зазначена система працює як єдине ціле. На базі статистичної концепції аналізу факторів впливу одержано ймовірнісну оцінку захисної дії випереджальної надробки та розроблено статистичний спосіб визначення ефективності захисту, створюваного для викидонебезпечних пластів. Одержано ймовірісну оцінку межового значення потужності міжпластя для практично вірогідного ефективного захисту викидонебезпечних пластів, створюваного випереджальною надробкою.

  Скачати повний текст

Виявлено факт перетоку метану з зони активних посувань лави, яка примикає, у суміжний раніше вироблений простір. Установлено кількісні значення перетоку, а також їх залежність від швидкості посування лави. З'ясовано, що зони максимальної газової проникності створюються позаду діючої лави періодично з просторовим кроком 50 - 200 м залежно від швидкості посування очисного вибою, а величина проникності у межах цих зон у 2 - 3 раза більше, ніж проникність обвалених порід. Установлено явище тимчасового відновлення газового тиску за межами ділянки посадки основної покрівлі лави, яка рухається, що виникає внаслідок переважання інтенсивності дифузії газу над інтенсивністю фільтрації. Запропоновано розділити у часі та просторі процеси видобутку вугілля та метану за використання каптажних виробок. Для проведення каптажної виробки доведено значну поглинальну ємність суміжного, раніше виробленого простору, дегазація якого збільшує об'єм вилучення метану понад 50 %, який каптується засобами дегазації та відводиться на поверхню для подальшого використання. Показано, що співвідношення між швидкістю десорбції та газоносністю вугілля, яке використовується для перерахунку швидкості десорбції у значення десорбометричної газоносності вугілля, не є постійним навіть у обмежених за площиною зонах одних і тих же пластів, а залежить від індивідуальних параметрів кінетики десорбції газу даною пробою вугілля.

  Скачати повний текст

З'ясовано особливості й охарактеризовано процес газовиділення, спричинений розвитком очисних робіт у межах виїмкової дільниці та межах всього шахтного поля, які можуть бути використані для вдосконалення прогнозу метановиділення у вугільних шахтах. Проаналізовано стан сучасного прогнозування газовиділення на виїмкових дільницях вугільних шахт і встановлено фактори, які доцільно враховувати. Розроблено модель зміни газовиділення за умов видалення очисного вибою від розрізної печі, що дозволяє з'ясувати взаємозалежність змін газовиділення та процесів зрушування гірничих порід, а також розрахувати окремі параметри, необхідні для прогнозування газовиділення. Установлено, що більшим абсолютним значенням газовиділення відповідають більш високі коефіцієнти нерівномірності, що обумовлено зміною інтенсивності зрушування порід, що опрацьовані, з підвищенням темпу видобутку вугілля. Виявлено, що зі збільшенням ширини виробленого простору зупинених лав максимальне газовиділення у дегазаційні свердловини відбувається за меншої відстані очисного вибою від розрізної печі, що обумовлено ступенем відпрацьованості порід. Установлено залежність максимального газовиділення у дегазаційні свердловини від загальної ширини виробленого простору відпрацьованих і експлуатованих лав. Розроблено загальні принципи прогнозу газовиділення на виїмкових дільницях антрацитових шахт.

  Скачати повний текст