CC BY
3
6. Antonov V. A. Semantic interpretation of functional factor models of geomechani-cal phenomena // Problems of subsoil use. 2023. No. 4. p. 29.
7. Duishenaliev T. B., Koichumanov K. T. Equation of the envelope of the line of limiting stress circles. Bishkek: Ilim. 2006. 130 p.
8. Rychkov B. A., Komartsov N. M., Kulagina M. A. Method of constructing a rock strength passport // Izvestiya Kirghizskogo GTU. 2019. No. 1. pp. 229-235.
9. GOST 21153.8-88. Rocks are mountainous. A method for determining the limit of strength under volumetric compression. M.: Publishing House of Standards, 1988. p
10. Gmurman V. E. Probability theory and mathematical statistics. M.: Higher School. 2003. p. 462.
11. The law of distribution of the coefficient of stability margin / P. S. Shpakov [et al.] // GIAB. 2009. No. 1. pp. 322-326.
12. Rules for ensuring the stability of sides and ledges of quarries, cuts and slopes of dumps. Approved. By Order of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision No. 439 on 11/13/2020. From 9, 40.
13. Onika S. G., Kuzmich A. K. An integrated method for constructing a rock strength passport // Mining geomechanics and machine-building. 2017. No. 2. p. 20.
УДК 622.807.4:622.023
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УВЛАЖНЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПЛАСТА
О.В. Ванякин, П.С. Бородкин, М.О. Курдюков
Показано, что при увлажнении угольного пласта происходит снижение его прочности до 40 %, при этом данная технология позволяет эффективно осуществлять предварительное разупрочнение подкровельной толщи мощного угольного пласта.
Ключевые слова: мощный пласт, разупрочнение, выпуск угля, подкровельная толща, увлажнение.
В настоящее время при отработке угольных пластов мощностью более 5,0 м наибольшее распространение получили две технологии - разработка наклонными слоями, а также с выпуском подкровельной толщи угля.
Опыт отработки мощных пластов в Китае, Германии, Франции и России, с выпуском угля из подкровельной толщи, показал приоритетность этой технологической схемы по сравнению с технологией отработки мощных пластов наклонными слоями механизированными комплексами, которые предназначены для отработки угольных пластов средней мощности. Преимущества этой технологии заключаются, прежде всего, в снижении объемов горно-подготовительных работ [1, 2].
Важнейшим условием эффективного обрушения подкровельной пачки угля является обеспечение равномерного его разрушения по всей мощности пласта. При этом большое внимание необходимо уделять дегазации подкровельных пачек угля, выпускаемых в очистные забои [3, 4]. Предварительное разупрочнение обрушаемой пачки угля может производиться двумя способами: созданием условий для самообрушения или принуди-
тельным обрушением, на основе применения буровзрывного воздействия на угольный массив или гидровоздействием на пласт [5-8].
Настоящая статья посвящена именно исследованию влияния увлажнения пласта на механические свойства угля при гидровоздействии на пласт [9, 10].
При увлажнении угольных пластов их свойства изменяются. Очевидно, установив степень изменения механических характеристик пласта в процессе его увлажнения, можно использовать этот фактор для выбора параметров нагнетания. Определение механических характеристик пласта в этом случае целесообразно осуществлять экспресс-методом, в качестве которого можно принять разработанную ИГД им. А. А. Скочинского методику определения условной прочности угля в массиве Н с помощью прочност-номера П-1. Однако использовать прочностномер в указанных целях возможно только в том случае, если изменение влажности угольного массива закономерно отражено в соответствующем изменении показателя прочности угля Н.
В теоретико-вероятностном аспекте это положение имеет место, если изменение влажности вызывает переход комплекса условий определения величины Н из состояния ф в состояние ф + Дф. Имеется в виду, что все прочие параметры (прежде всего механические свойства массива и его напряженность), определяющие показатель Н, стабилизированы таким образом, что влияние их при комплексах ф и ф + Дф достаточно равноценно. Эти параметры можно стабилизировать путем локализации мест определения прочности массива (не более 10 м по падению и простиранию) и учета положения очистного забоя, считая от момента посадки в нем кровли.
Натурные наблюдения были выполнены в условиях пласта 21 на поле шахты «Ольжерасская-Новая». На кромке пласта в очистном забое осуществлено предварительное массовое определение его прочности. Обработка результатов наблюдений показала, что полученные значения Н можно считать распределенными приближенно нормально. Для выборки
показателей Н из объема п > 200 было рассчитано значение дисперсии а , которое для данного метода использовали в качестве теоретического значения рассеивания. Численная величина стандарта наблюдений составила а = 10,1 ед. усл. прочности.
После этого на участках очистного забоя с помощью прочностноме-ра П-1 определяли показатели прочности угля на кромке пласта для двух случаев: при естественной влажности угля в пласте и после обработки пласта водой. Воду нагнетали в пласт через шпуры длиной 2 м с глубиной герметизации 1,5 м. Шпуры бурили на расстоянии до 4 м друг от друга. Нагнетание в каждый шпур проводили до момента появления воды в соседних шпурах.
К анализу были приняты выборки значений Н для «сухой» и увлажненной зон, соответствующие рассмотренным условиям стабилизации механических свойств и напряженности пласта. Результаты замеров прочности приведены в таблице 1.
Каждое отдельное определение прочности (Н), приведенное в таблице, соответствует среднему из пяти определений.
Значения Н рассчитаны по формуле
Н = 1000 -1, ед. усл. прочности.
В случае, если переход массива из состояния ф в состояние ф + Дф значимо определяет изменение его прочностных характеристик, устанавливаемых с помощью прочностномера, то выборки последних, приведенные в таблице, должны быть неоднородными. Поскольку в обоих случаях имеет место один и тот же вид наблюдений (общая методика, один оператор, один и тот же инструмент), то нет основания предполагать изменение параметра V . В то же время возможно ожидать смещение центра группировки V измеряемой прочности. Результаты наблюдений поэтому могут быть представлены двумя распределениями с нормальными плотностями Н, V!, а) и «2( Н, V 2, а), а анализ их неоднородности сводится, таким образом, к определению значимости смещения центра группировки V.
Условная прочность на кромке пласта
Условия опробования Средняя влажность угля (по Отсчет по прочностно- Условная прочность на кромке пласта, ед. усл.
пласта на кромке очистного забоя сажистой пачке) Жр, % меру 1ср, мм прочности
отдельного замера Н^ средняя по зоне Н
33 67
39 61
38 62
Зона, не обработанная 65 69 46 54 48 67 48 35 31 54 46 52 33 52
нагнетанием воды (комплекс условий ф ) 2,60 49,3
1493
85 15
76 24
68 32
Увлажненная в процессе 53 53 84 86 78 47 64 47 47 16 14 22 53 36
нагнетания зона (комплекс условий ф + Дф ) 4,20 30,6
1306
Анализ осуществлялся двумя путями - по размаху варьирования Яп и путем построения доверительных интервалов для V .
Известно, что верхняя граница размаха варьирования при установленных п и а определяется выражением:
Яр, п ~ п,
где tp п - табулированные значения квантилей нормированного распределения размаха варьирования, отвечающие вероятности Р.
Размах варьирования рассматриваемой выработки равен:
Яп = Нтах _ Ншт = 53,0 .
Верхняя же граница при п = 20 и надежности а = 0,95 составит: Кр,п = ^95,20 = 5,01*10,1 = 50,5.
Поскольку Яп > Яр п при неизменном значении а, то это обстоятельство дает право предположить наличие смещения центра группирования V. Оценку параметра а в этом случае следует производить методом последовательных разностей.
К аналогичному выводу приходим при построении доверительных интервалов для V (раздельно для условий ср и qH - Л(р).
Для нормированного отклонения 2 нормально распределенной случайной величины Н от ее центра группирования V, т.е. для величины
2 = ——X при всяком Е = , можно найти такое tq = 2, чтобы
-/л/п 100 q
а
Р(|2\ < и ) = 1
q
100 или
— а — а ч 1 q
Р( -^Тп<у< + ^]-1" 100'
где q - уровень значимости; tq - табулированное значение верхнего предела нормированной функции Лапласа.
Следовательно, доверительный интервал для V при соответствующей
доверительной вероятности 1 - в данном случае будет иметь вид
(Н _ tq^=; Н + tq^=).
V« V«
Для рассматриваемого распределения величины Н при 5-ти процентном уровне значимости доверительная вероятность составит Р = 0,95, чему соответствует значение tq = 1,96.
Доверительный интервал для выборки значений Н при комплексе условий ф определится как
Н ф± и-т = 49,3 ± 1,96
или (43,0; 55,6).
Для комплекса условий ф + Аф
10,1
10 '
Н ф+Аф± tq^ = 30,6 ± 1,96
10,1
10 '
или (24,3; 36,9).
Как видно, доверительные интервалы не перекрываются, поэтому имеется основание считать, что в процессе проведенных наблюдений центр группирования значений прочности Н действительно сместился.
Выполненный анализ позволяет сделать следующие выводы:
- использование экспресс-метода определения механических характеристик пласта в натурных условиях позволяет установить степень влияния увлажнения массива на его прочность;
- использование этого метода возможно для оперативного выбора параметров гидрообработки пласта - установления зон влияния скважин, соответствующего расстояния между ними и т. д.
- увлажнение пласта привело к снижению его прочности на 40 %, что позволяет использовать данный способ для разупрочнения подкровель-ной пачки угля с целью его эффективного выпуска.
1. Выбор параметров технологии отработки мощных пологих пластов с выпуском межслоевых и подкровельных пачек угля / А.И. Шундули-ди [и др.]. Кемерово: Кемеровское книжное издательство, 1999. 258 с.
2. Управление горным давлением при разработке мощных пологих пластов / Ю.В. Громов [и др.]. М.: Недра, 1995. 239 с.
3. Математические модели дегазации подкровельных пачек угля, выпускаемых в очистные забои / А. Н. Качурин, В. К. Демин, Д. Н. Шкурат-ский, П. И. Карначев // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. № 4. С. 249-258.
4. Динамика метановыделения в очистной забой при отработке мощных пологих угольных пластов с выпуском подкровельной пачки / Н. М. Качурин, А. Ю. Ермаков, Д. Н. Шкуратский, А. Н. Качурин // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. № 4. С.
5. Методы гидроразрыва труднообрушающейся кровли и угольного пласта для исключения динамических явлений в угольных шахтах / В. И. Клишин [и др.] // Горная промышленность. 2022. № 6. С. 46-53.
6. Оценка и мониторинг способа оперативного многоступенчатого разупрочнения труднообрушаемой кровли методом направленного гидроразрыва / В. И. Клишин, Г. Ю. Опрук, П. В. Гречишкин, С. И. Связев // Горная промышленность. 2023. № 2. С. 101-107.
Список литературы
170-179.
7. Комплексная оценка трудноформализуемых вентиляционно - технологических процессов на угольных шахтах / И. И. Босиков, Р. В. Клюев, И. В. Силаев, Г. В. Стась // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. Т. 15. № 3(57). С. 516-527.
8. Использование разгрузочного бурения для обеспечения безопасности отработки газоносных угольных пластов Донбасса / В. С. Бригида, Ю. В. Дмитрак, О. З. Габараев, В. И. Голик // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 3. С. 7-11.
9. Технология одностадийной разработки мощных пологих угольных пластов с выпуском угля на завальный конвейер / А.Ю. Ермаков [и др.]. Новокузнецк, 2013. 257 с.
10. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. Ленинград: ВНИМИ, 1991. 102 с.
Ванякин Олег Владимирович, канд. техн. наук, ген. директор, [email protected], Россия, Новокузнецк, ООО «Сибирская каменноугольная компания» (ООО «СКК»),
Бородкин Павел Сергеевич, исп. директор, [email protected], Россия, Новокузнецк, ООО «Кузбассстроймонтаж»,
Курдюков Михаил Олегович, ассистент, [email protected], Россия, Новокузнецк, Сибирский государственный индустриальный университет
ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF HUMIDIFICATION ON THE MECHANICAL
PROPERTIES OF THE FORMATION
O.V. Vanyakin, P.S. Borodkin, M.O. Kurdyukov
It has been shown that when a coal seam is moistened, its strength decreases by up to 40%, while this technology makes it possible to effectively carry out preliminary softening of the under-roof strata of a thick coal seam.
Key words: thick seam, softening, coal release, under-roof strata, moistening.
Vanyakin Oleg Vladimirovich, candidate of technical sciences, general director, [email protected], Russia, Novokuznetsk, Siberian Coal Company LLC (SKK LLC),
Borodkin Pavel Sergeevich, executive director, [email protected], Russia, Novokuznetsk, Kuzbassstroymontazh LLC,
Kurdyukov Mikhail Olegovich, assistant, [email protected], Russia, Novokuznetsk, Siberian State Industrial University
Reference
1. The choice of parameters for the technology of mining powerful shallow layers with the release of interlayer and underlay bundles of coal / A.I. Shundulidi [et al.]. Kemerovo: Kemerovo Book Publishing House, 1999. 258 p.
2. Management of rock pressure in the development of powerful polar formations / Yu.V. Gromov [et al.]. Moscow: Nedra, 1995. 239 p.
3. Mathematical models of degassing of under-roof bundles of coal released into treatment faces / A. N. Kachurin, V. K. Demin, D. N. Shkuratsky, P. I. Karnachev // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2019. No. 4. pp. 249-258.
4. Dynamics of methane release in the treatment face during the development of powerful shallow coal seams with the release of a roofing bundle / N. M. Kachurin, A. Y. Erma-kov, D. N. Shkuratsky, A. N. Kachurin // Izvestia Tula State University. Earth Sciences. 2017. No. 4. pp. 170-179.
5. Methods of hydraulic fracturing of a hard-to-collapse roof and coal seam to exclude dynamic phenomena in coal mines / V. I. Klishin [et al.] // Mining industry. 2022. No. 6. pp. 46-53.
6. Evaluation and monitoring of the method of operational multi-stage softening of a hard-to-break roof by the method of directional hydraulic fracturing / V. I. Klishin, G. Yu. Opruk, P. V. Grechishkin, S. I. Svyazev // Mining industry. 2023. No. S2. pp. 101-107.
7. A comprehensive assessment of difficult-to-formalize ventilation and technological processes in coal mines / I. I. Bosikov, R. V. Klyuev, I. V. Silaev, G. V. Stas // Sustainable development of mining territories. 2023. Vol. 15, No. 3(57). pp. 516-527.
8. The use of discharge drilling to ensure the safety of mining of gas-bearing coal seams of Donbass / V. S. Bri-gida, Yu. V. Dmitrak, O. Z. Gabaraev, V. I. Golik // Occupational safety in industry. 2019. No. 3. pp. 7-11.
9. Technology of single-stage development of powerful shallow coal seams with the release of coal on a block conveyor / A.Y. Ermakov [et al.] // Novokuznetsk, 2013. 257 p.
10. Instructions for choosing the method and parameters of softening the roof on the excavation sites. Leningrad: VNIMI, 1991. 102 p.
УДК 622.271.45
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОНСЕРВАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Н.М. Качурин, Г.В. Стась, Д.О. Прохоров, К. А. Головин
Рассмотрено разнообразие задач, для решения которых применяется гидроструйная цементация. Приведено общее описание технологии. Рассмотрены разновидности и достоинства гидроструйных технологий. Разработана технологическая схема и определены основные параметры консервации потенциальных техногенных месторождений. Определен коэффициент сближения скважин, зависящий от глубины бурения. Установлено, что использование данной технологии расширяет возможности увеличения запасов минеральных ресурсов при наличии потенциала извлечения в будущем полезных компонентов при отработке техногенных месторождений.
Ключевые слова: гидроструйная цементация, консервация, изоляция, техногенное месторождение, водонепроницаемый экран, породобетон.
Консервация потенциальных техногенных месторождений позволяет в дальнейшем при более благоприятных обстоятельствах (изменились эко-
