FEATURES OF SAFE DEVELOPMENT ENSURE OF HAZARDOUS GAS-DYNAMIC PHENOMENA DEPOSITS

Cover Page

Abstract


Geomechanical methods to control the deposits of dangerous gases are developed. Conditions for the formation of through and closed local gaz channels are established. It allows choosing efficient positioning of degasification wells, to find and apply the optimal settings. A correlation between residual pressure of methane after degassing events and horizontal deformations of the dangerous layer is holding. Using the results of researches will allow to prevent accidents or to reduce their negative impacts and to increase the efficiency of methane utilization.

В последние десятилетия наблюдается усложнение горнотехнических и гидро- геологических условий освоения месторождений твердых полезных ископаемых вследствие перехода горных работ на более глубокие горизонты, недостатка ин- вестиционных ресурсов, внедрения высокопроизводительного технологическо- го оборудования, интенсификации процесса добычи полезных ископаемых и возрастания опасности динамических проявлений - внезапных выбросов по- роды, газа и горных ударов [1]. Отработка угольных пластов сопровождается зна- чительными деформациями и сдвижениями массива горных пород, вызывая перераспределение напряжений в нем, что провоцирует проявление одновремен- но геомеханических, гео- и газодинамических явлений, способствующих воз- никновению катастрофических аварийных ситуаций. Произошедшие на угольных шахтах взрывы метана повлекли гибель большого числа людей и значительные материальные убытки.Наиболее эффективными методами предотвращения опасных газодинамиче- ских явлений являются опережающая отработка защитных пластов, позволяющая в широком диапазоне управлять проявлениями горного давления, и предвари- тельная дегазация угольных пластов.Увеличение газопроницаемости определяется степенью разгрузки от горного давления. Данные об изменениях давления газа и режима его фильтрации важны для предупреждения внезапных выбросов и осуществления эффективной дега- зации метанонасыщенных угольных пластов.Степень дегазации подрабатываемых и надрабатываемых выбросоопасных пластов зависит от интенсивности образования системы газопроводящих трещин, их размеров и местоположения, которые, в свою очередь, определяются величи- нами деформаций горных пород [2].70Есина Е.Н. Особенности обеспечения безопасного освоения месторождений, опасных...Сдвижение горных пород в подработанном массиве выше зоны обрушения происходит в форме последовательного прогиба слоев с разрывом и без разрыва сплошности. При изгибе подрабатываемого породного слоя в нем образуются зоны растяжения и сжатия [3]. При определенных условиях в зонах растяжения породных слоев появляются трещины разрыва, которые, как правило, между со- бой не соединяются, т.е. не являются газоводопроводящими каналами. Однако трещины могут стать сквозными - выше зоны обрушения, если слой в результа- те изгиба в одном направлении получает положительную кривизну, а в другом - отрицательную кривизну. Две взаимно перпендикулярные трещины на сторонах слоя с противоположными по знаку выпуклостями, пересекаясь, образуют сквоз- ной газоводопроводящий канал.Наибольшее раскрытие имеют трещины на верхней и нижней поверхностях породного слоя. По мере удаления от этих поверхностей трещины уменьшаются и на определенной глубине полностью закрываются. На участках, где кривизна во всех направлениях имеет одинаковый знак, в результате пересечения трещин образуется несквозная воронка, глубина которой равна глубине трещины. На участках, где кривизна в одном направлении имеет положительную кривизну, в другом - отрицательную (слой приобретает форму седла), в результате пересе- чения трещин образуется сквозная воронка (одна трещина пересекает верхнюю часть слоя, другая - нижнюю).По мере продвижения забоя лавы перемещаются и образующиеся воронки, при этом за счет перемещения сквозных воронок слой пород рассекается нор- мальными сечениями на балки, параллельные линии движения забоя.Интенсивность падения давления газа характеризует увеличение разгрузки защищаемого пласта и величину расслаивания пород междупластья, сопрово- ждающееся раскрытием сообщающихся с выработками систем трещин.Анализ экспериментальных данных проведения дегазационных мероприятий показывает, что при подработке зона разгрузки в опасном по выбросам пласте велика и прямо пропорциональна мощности отрабатываемого пласта. При над- работке она существенно меньше и от мощности пласта практически не зависит. Разуплотнение на контактах слоев определяет возможность притока газа даже к редким поперечным трещинам из удаленных от них участков разгруженных пла- стов. Поэтому радиусы дегазации значительно повышают размеры областей ин- тенсивного трещинообразования [4].На основе анализа результатов данных натурных наблюдений за давлением газа до и после проведения дегазационных мероприятий установлена взаимосвязь остаточного давления метана после проведения дегазационных мероприятий с горизонтальными деформациями опасного пласта ε:3 PпрP0 = 3,6 ⋅ 10- ,ε(1)где Pпр - природное давление метана до дегазационных мероприятий, ата; P0 - остаточ- ное давление метана после применения дегазационных мероприятий, ата; ε - горизон- тальные деформации опасного пласта.71Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 4Для определения возможности возникновения газо- и водопроводящих кана- лов в подработанной толще пород достаточно знать величину относительных деформаций растяжения ε на границах изгибающегося породного слоя и крити- ческую величину относительной деформации растяжения εкр при которой про- исходит разрыв сплошности горных пород.Зависимость горизонтальных деформаций, при которых образуется сплошной газопроводящий канал, от кратности подработки M/m, установленная по резуль- татам данных натурных наблюдений, представлена на рисунке.Рис. Зависимость горизонтальных деформаций, при которых образуется сплошной газопроводящий канал, от кратности подработки: • - данные натурных наблюдений [The horizontal deformations dependence, which forms a continuous gaz channel,from a multiplicity mining: • - the data of field observations]Предельные деформации растяжения εкр, при которых осадочные породы те- ряют сплошность, сквозные трещины будут иметь место при изменении отноше- ния M/m в диапазоне 40 ÷ 25, что соответствует εкр = 0,006 ÷ 0,1 [5].В условиях горизонтального залегания пластов при M/m > 125 (что соответ- ствует εкр = 0,002) секущие трещины в осадочных породах, включая угольные пласты, для которых εкр  0,002, не образуются.При 25 < M/m < 125 секущие трещины в массиве горных пород (0,010 > εкр  0,002) не создают единую газоводопроводящую систему, вследствие чего на пути движения воды или газа появляется дополнительное сопротивление. При определенном отношении M/m это сопротивление становится непреодоли- мым для газа и воды. Такое положение может наступить при M/m  80, когда сквозные секущие трещины не возникают даже в песчаниках (εкр  0,003). В этих условиях сквозные трещины образуются только в угольных пластах, но их доля в общей толще пород не превышает, как правило, 1-2%. Поэтому в условиях M/m  80 уменьшение давления газа в газоносном подработанном угольном пла- сте происходит за счет миграции его во вмещающие пласт породы, расширивши-72Есина Е.Н. Особенности обеспечения безопасного освоения месторождений, опасных...еся в вертикальном направлении вследствие упругого восстановления и рассло- ения пород.Таким образом, защитные функции подработки породного массива обуслов- лены интенсивностью трещинообразования в нем в результате деформирования (прогиба) породных слоев; в зависимости от интенсивности и размеров зоны трещинообразования происходит полная или частичная дегазация газоносного подработанного угольного пласта. Установленные условия образования сквозных газопроводящих и замкнутых локальных каналов дают возможность рациональ- но располагать дегазационные скважины, находить и применять их оптимальные параметры. Выявленная взаимосвязь остаточного давления метана с горизон- тальными деформациями опасного пласта позволяет управлять интенсивностью дегазационных мероприятий процессов.Использование результатов проведенных исследований позволит предотвра- тить аварийные ситуации или снизить их негативные последствия, а также по- высить эффективность утилизации метана.

E N Esina

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: esina_en@pfur.ru
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

Views

Abstract - 38

PDF (Russian) - 92


Copyright (c) 2016 Есина Е.Н.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.