Решение задач защитной разработки пластов методами математической статистики Текст научной статьи по специальности «Горное дело»

Научная статья на тему 'Решение задач защитной разработки пластов методами математической статистики' по специальности 'Горное дело' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 52 — Горное дело
  • ВАК РФ: 25.00.13; 25.00.15; 25.00.22
  • УДK: 622

Статистика по статье
  • 93
    читатели
  • 30
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • ЯВЛЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ
  • ПЛАСТЫ ЗАЩИТНЫЕ
  • СТАТИСТИКА МАТЕМАТИЧЕСКАЯ

Аннотация
научной статьи
по горному делу, автор научной работы — Южанин И. А., Коптиков В. П., Евдокимова В. П.

Установлено, что в формировании защитного действия опережающей разработки пластов участвует физическая система защитный пласт междупластье подзащитный пласт. Влияние междупластья характеризуется величиной относительной деформации пород. Разработаны математические модели для определения эффективности опережающей защиты пластов, склонных к газодинамическим явлениям.

Научная статья по специальности "Горное дело" из научного журнала "Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)", Южанин И. А., Коптиков В. П., Евдокимова В. П.

 
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по горному делу , автор научной работы — Южанин И. А., Коптиков В. П., Евдокимова В. П.

Текст
научной работы
на тему "Решение задач защитной разработки пластов методами математической статистики". Научная статья по специальности "Горное дело"

© И.А. Южанин, В.П. Коптиков, В.П. Евдокимова, 2011
УДК 622.831
И.А. Южанин, В.П. Коптиков, В.П. Евдокимова
РЕШЕНИЕ ЗАДА Ч ЗАЩИТНОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ МЕТОДАМИ МА ТЕМА ТИЧЕСКОЙ СТА ТИСТИКИ
Установлено, что в формировании защитного действия опережающей разработки пластов участвует физическая система защитный пласт — междупластье — подзащитный пласт. Влияние междупластья характеризуется величиной относительной деформации пород. Разработаны математические модели для определения эффективности опережающей защиты пластов, склонных к газодинамическим явлениям.
Ключевые слова: явления геодинамические, пласты защитные, статистика математическая.
Разработка угольных пластов в Донбассе осложняется проявлением газодинамических явлений (ГДЯ): внезапных выбросов угля и газа, выдавливаний, обрушений угля, горных ударов. Наиболее радикальным средством предотвращения ГДЯ является опережающая разработка защитных пластов. Теория защитного действия опережающей разработки пластов, созданная в 60—80 гг. прошлого столетия под руководством И.М. Петухова [1, 2], явилась научной базой нормативных документов, регламентирующих правила защитной разработки (СОУ 10.1.00174088.011— 2005. Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям). К настоящему времени этот документ не в полной мере соответствует изменившимся условиям ведения горных работ.
Это относится в первую очередь к увеличению глубины разработки современных шахт до 1000—1400 м. На этих глубинах при надработке крутопадающих пластов и длине лавы 130 м расчетная дальность защитного действия составляет 20—25 м, в то время как на практике она достигает 30—35 м и более.
Кроме того, действующий нормативный документ не дифференцирует расчет дальности защитного действия в зависимости от видов ГДЯ, хотя в этом есть настоятельная необходимость. Так, анализ внезапных обрушений угля, произошедших в условиях опережающей разработки пластов, показал, что эти явления происходили при минимальной мощности пород междупластья, равной 10 м при надработке и 30 м при подработке, хотя внезапных выбросов угля и газа при указанных междупластьях не отмечалось. Следовательно, дальность защитного действия для пластов, склонных к внезапным обрушениям угля, ниже, чем для пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа.
К настоящему времени накоплен большой объем исходных материалов по опережающей защитной разработке пластов, причем как при проявлении ГДЯ, так и при их отсутствии. Он представляет собой практически промышленный эксперимент, который нуждается в анализе и обобщении. К исходным материалам относят: горно-геологические, геомеханические и горнотехнические условия разработки пластов в свите, параметры и свойства защитных и подза-
щитных пластов, пород междупластья, наличие или отсутствие ГДЯ, их вид.
В результате выполненных исследований методами математической статистики и путем логического анализа теория защитного действия получила дальнейшее развитие. Так, исследования эффективности опережающей надработки выбросоопасных пластов позволили установить следующие закономерности:
• в формировании защитного действия опережающей разработки пластов, как единое целое, участвует физическая система защитный пласт — междупластье
— подзащитный пласт;
• влияние пород междупластья на формирование защитного действия опережающей разработки пластов характеризуется величиной относительной деформации пород на уровне подзащитного пласта; она является интегральным показателем, отражающим влияние горно-геологических и горнотехнических условий разработки пластов;
• величина относительной деформации пород междупластья определяется соотношением мощности и крепости породных слоев, их взаиморасположением.
Исследования эффективности защитной разработки в более широком диапазоне геомеханических условий (над- и подработка, зоны повышенного горного давления — зоны ПГД) на пластах, склонных к различным видам ГДЯ (внезапные выбросы угля и газа, внезапные выдавливания и обрушения угля) — подтвердили вышеприведенные закономерности и позволили разработать способ определения эффективности защитного действия опережающей разработки пластов в различных условиях.
Ниже приведены результаты исследований применительно к опережающей подработке пластов, склонных к различным видам ГДЯ.
Для однородного массива величина относительной деформации при подработке определяется из выражения
е = |ехр2,359 + 1,128 • Ш уН ' 008а -
-0,591 • — I, (1)
а • т9 \
где стс — предел прочности на одноосное сжатие, МПа; у — объемный вес пород, равный 0,025 МН/м3. Остальные обозначения приведены в табл. 1.2.
При расчете деформаций слоистого массива пород методика предусматривает использование уравнения, полученного для однородного массива, с применением понятия условного расстояния, т.е. расстояния до защитного пласта, приведенного к крепости породы рассматриваемого слоя. Тем самым учитывается эффект «экранирования» слоев. Методика расчета деформаций для подрабатываемого слоистого массива аналогична методике для надрабатываемого массива [3], за исключением значения максимальной мощности, учитываемой при взаимовлиянии соседних слоев.
Кроме относительной деформации, методами математической статистики (корреляционный анализ, факторный анализ — метод главных компонент) выявлены другие факторы физической системы защитный пласт — междупластье
— подзащитный пласт, формирующие защитное действие опережающей разработки защитных пластов, и установлены математические модели для определения его эффективности.
Математические модели, разработанные методом главных компонент, позволяют описать пространство исходных коррелирующих факторов двумя независимыми главными компонентами.
Таблица і
Исходные данные, использованные при разработке математических моделей
Наименование элементов физической системы Наименование показателей Обозначение показателей и единицы измерения
Защитный пласт Вынимаемая мощность тв, м
Глубина горных работ Н, м
Угол падения пород, градус а, градус
Ширина выработанного пространства по падению (простиранию) а (Ь), м
Способ управления горным давлением -
Междупластье Мощность пород междупластья h, м
Подзащитный пласт Вынимаемая мощность т, м
Количество слагающих пласт пачек п
Выход летучих веществ У1а/, процент
Содержание влаги Ш, процент
Содержание золы Ас, процент
Природная газоносность X, м3/т с.б.м.
Таблица 2
Расчетные данные, использованные при разработке математических моделей
Наименование и обозначение показателей, единицы измерения Способ определения
Эффективная мощность защитного пласта тэ, м [3]
Величина относительной деформации пород междупластья 8, %о Формула (і)
Показатель выхода летучих веществ подзащитного пласта KVdaf [3]
Природная газоносность подзащитного пласта, пересчитанная на уголь с учетом содержания в нем золы и влаги Xy, м3/т По методике МакНИИ
Остаточная газоносность подзащитного пласта X0, м3/т
Период времени между разработками защитного и подзащитного пластов Т, месяц [3]
Модели дифференцированы по виду геомеханического влияния (над- и подработка, в т.ч. повторная, зоны ПГД) и виду ГДЯ. Ниже представ-лены модели для определения эффективности защитного действия опережающей подработки пластов, склонных к следующим видам явлений:
• внезапным выбросам угля и газа
F = -0,4856 --2,018 • in mf --0,942 • 10-1 • in є +
+0,315 • 10-1 • n F2 = -2,110 --0,566 • in mf +
+0,743 • in є --0,7176 • in h I а --0,168 • m + 0,267 • Xy I X0
• внезапным выдавливаниям угля
'/= =-0,643 --1,548 • £п т. --0,193 • £п є + 0,569 • 10 1 • т + <+0,558 • 10-1 • п + 0,118 • 10 1 • £пХ0 F2 =-0,509 + 2,424 • £п т. - (3)
-0,962 • £п є + 0,757 • т +
+0,308 • п + 0,182 • £пХ0
• внезапным обрушениям угля
'/= =-0,349 -1,470 • £пт. --0,199 • £п є + 0,863 • 10-2 • т +
+0,385 • 10-1 • п-0,299 • 10-1 • Ху / Х0 F2 =-1,611 -1,923 • £п т. + (4)
+1, 1895 • £п є - 0,350 • т -
-0,1176 • п + 0,255 • Ху / Х0
В представленных моделях первая компонента F1, извлекающая основную долю общей дисперсии факторного пространства, отражает формирование защитного действия в зоне разгрузки, а вторая компонента F2 — в зоне восстановления нагрузок. Пространство двух главных компонент охватывает 8890 % дисперсии исход-
1. Теория защитных пластов [Текст] / И.М. Петухов, А.М. Линьков, В.С. Сидоров, А.А. Фельдман. — М.: Недра, 1976. — 224 с.
2. Петухов И.М. Механика горных ударов и выбросов [Текст] / И.М. Петухов, А.М. Линьков. — М.: Недра, 1983. — 280 с.
ных многомерных точек (объектов) и представляет четкое их разделение на три области защиты: эффективно и неэффективно защищенные области, область отсутствия защиты.
Для определения вероятностей попадания разрабатываемых пластов в ту или иную область защиты вы-полняется процедура дискриминантной классификации в двумерном пространстве главных компонент.
Установление категории защиты разрабатываемых пластов, склонных к газодинамическим явлениям, как следствия опережающей разработки защитных пластов, осуществляется по той же принципиальной схеме, что была представлена в [3]: аналитически, с помощью вероятностных оценок; графически, либо с помощью специального программного обеспечения МакНИИ.
Представленные математические модели определения эффективности опережающей защиты пластов, склонных к ГДЯ, явятся основой составляемого в настоящее время отраслевого стандарта по защитной разработке.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Евдокимова В.П. Статистический способ определения эффективности защитного действия опережающей надработки выбросоопасных пластов [Текст] / В.П. Евдокимова, В.П. Коп-тиков, И.А. Южанин. — Донецк: Вебер (Донецкое отделение), 2007. — 443 с. ЕШ
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Южанин И.А. — кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, вед. научный сотрудник УкрНИМИ НАН Украины, тел. (062) 388-07-13,
Коптиков В.П. — доктор технических наук, профессор, зам. директора по научной работе тел. (06232) 96-2-71;
Евдокимова В.П. — кандидат технических наук, ст. научный работник,
Макеевский государственный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (МякНИИ)._____________________________________________________

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх