CC BY
1УДК 622.831
Р. М. Богоудинов, М. Ф. Рыжков, А. А. Черниговцев
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ ПРОГРАММЫ РЕГИСТРАЦИИ ВЫБРОСОВ ПОРОДЫ И ГАЗА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПО ВЫБРОСООПАСНЫМ ПЕСЧАНИКАМ
На основе обработки данных из актов расследования выбросов породы и газа разработана версия 1.0.1 информационно-аналитической программы регистрации выбросов породы и газа. Программа позволит анализировать условия проявления выбросов породы и повысит безопасность проведения выработок по выбросоопасным песчаникам.
Ключевые слова: выброс породы и газа, информационно-аналитическая программа.
Введение (постановка проблемы). При разработке угольных пластов подземным способом могут происходить динамические явления (ДЯ). Согласно действующей классификации [1] к ним относятся: внезапные выбросы угля и газа, внезапные выдавливания угля, горные удары, внезапные выбросы породы и газа, внезапные динамические разрушения пород почвы.
По характеру последствий и уровню проявления в шахтах наиболее опасным видом ДЯ является внезапный выброс угля и газа. Однако выбросы породы и газа также могут сопровождаться тяжелыми последствиями и приводить к травмированию работающих, повреждению горно-шахтного оборудования, нарушению проветривания выработок и, поэтому, представляют не меньшую опасность наряду с выбросами угля и газа.
Согласно нормативным документам, ранее действовавшим для условий шахт СССР и СНГ [2]-[3], прогноз выбросоопасно-сти пород Донбасса производился по делению кернов на диски и
наличию кольцевых трещин, комплексному показателю «В» (по геолого-геофизическим данным), величине эффективной поверхностной энергии (ЭПЭ) и акустическим методом.
Из всех перечисленных способов прогноза наибольшее распространение на шахтах Донбасса получил прогноз по делению кернов на диски. Остальные способы прогноза из-за технических трудностей выполнения, высокой трудоемкости отбора проб и низкой оперативности выдачи результатов прогноза не нашли широкого применения на шахтах.
Действующая в Российской Федерации нормативная база [1] предусматривает выполнение прогноза выбросоопасности пород по наличию выпукло-вогнутых дисков в 1 м керна. Невзирая на многолетний опыт его применения, данный метод прогноза также имеет ряд недостатков: высокую трудоемкость, низкую оперативность, требуется дорогостоящее буровое оборудование.
Указанные недостатки приводят к сокращению объемов применения данного способа прогноза и на сегодняшний момент подготовительные выработки по выбросоопасным песчаникам на шахтах Донбасса в большинстве своем проводятся буровзрывным способом в режиме сотрясательного взрывания (СВ) без ведения прогноза. На практике, зачастую, это приводит к снижению темпов проведения выработок по песчаникам и ограничению технологических процессов при соблюдении режима СВ.
Для объективной оценки степени выбросоопасности пород в условиях конкретных угледобывающих предприятий, которая влияет на выбор мер борьбы с выбросами породы и газа и оптимальной технологии проведения выработок по песчаникам, актуальным становится вопрос анализа условий проявления выбросов породы и газа.
В этой связи, разработка МАКНИИ информационно -аналитической программы регистрации выбросов породы и газа является актуальной научно-технической задачей, так как программа обеспечит внедрение цифровизации в области учета и систематизации произошедших выбросов породы, а также позволит выполнять статистический анализ условий проявления данного вида ДЯ.
Цель исследования-информирование специалистов в области борьбы с динамическими явлениями с ходом разработки информационно-аналитической программы регистрации выбросов породы и газа.
Теория, материалы и методы исследования, инструментальное обеспечение, технические и технологические разработки и проч.
Исследование природы и механизма проявления любого вида ДЯ тесно связано с исследованием условий его возникновения (горно-геологических и горнотехнических факторов). При изучении проблемы выбросов породы (песчаников) влиянию горногеологических факторов в развязывании выбросов многие ученые отводили одну из основополагающих ролей [4]-[7], однако на сегодняшний момент существует некоторый недостаток в исследовании горно-геологических и горнотехнических условий проявления выбросов песчаников.
При создании информационно-аналитической программы регистрации выбросов породы и газа были использованы аналитический метод исследований, статистическая обработка результатов.
Впервые выброс породы и газа в Донбассе был зарегистрирован в 1955 г. на шахте № 1 - 5 «Кочегарка» (г. Горловка), а начиная с 1960-х годов выбросы породы и газа (выбросы песчаников) стали массово происходить и на других шахтах отрасли [8]. Данный вид ДЯ наряду с внезапными выбросами угля и газа может сопровождаться тяжелыми последствиями (травматизмом рабочих, повреждением крепи и оборудования, нарушением проветривания выработок).
Расследование любого вида ДЯ, произошедшего в шахте, завершается составлением акта расследования по форме, приведенной в Руководстве по безопасности [9]. МАКНИИ с 1960 г. ведет учет произошедших выбросов породы и газа и на сегодняшний момент в архивном фонде содержится порядка 5000 экз. актов расследования выбросов породы и газа.
В рамках выполнения научно-исследовательской работы осуществлялась обработка данных из актов расследования выбросов породы и газа, при этом анализировалась информация о
геологической характеристике породы (глубина залегания, геологический символ, мощность песчаника, угол падения), горнотехнических и геомеханических условиях проведения выработки (наименование выработки, ее сечение, наличие зон повышенного горного давления от влияющих пластов), видах работ перед ДЯ, его характеристике (интенсивность явления, размеры образовавшейся полости, дальность отбросы породы), наличии и характеристике горно-геологического нарушения в месте произошедшего ДЯ, а также прилагаемая графическая часть (эскизы забоя выработки до и после ДЯ, диаграмма газовыделения в ходе аварии).
Обработанные данные актов расследования ДЯ вносились в электронную базу для разрабатываемой информационно -аналитической программы регистрации выбросов породы и газа. Разработка программы осуществлялась с помощью средства разработки приложений Delphi 2007 for Win32 в соответствии с [10].
Результаты исследования и их обсуждение. На сегодняшний момент в рамках выполнения НИР выполнена обработка данных 1631 актов расследования выбросов породы и газа с внесением их в электронную базу создаваемой программы. Параллельно с этим выполнен перевод актов расследования в электронный вид, поскольку разрабатываемая информационно-аналитическая программа обеспечит возможность просмотра (по запросу) скан-копий актов расследования конкретных ДЯ.
Результатом проведенной работы стала разработка на базе средства Delphi информационно-аналитической программы регистрации выбросов породы и газа (версия 1.0.1), которая включает в себя базу данных выбросов породы, десктопную компьютерную программу по управлению базой данных и скан-копии актов расследования ДЯ [11]. Данная программа позволит получать специалистам в области борьбы с ДЯ объективную информацию о вы-бросоопасности пород (песчаников) в условиях конкретных шахт. Информационно-аналитическая программа охватит выбросы породы и газа, произошедшие на шахтах Донбасса за период с 1960 г. по 2023 г., с возможностью пополнения базы данных.
В настоящее время база данных программы включает выбросы породы, произошедшие за период 1964-1974 гг., и работа по обработке актов расследования ДЯ, корректировке базы дан-
ных и отладке программы будет продолжена в рамках выполнения НИР.
Стоит отметить, что информационно-аналитическая программа позволяет систематизировать выбросы породы, осуществлять выборку выбросов по дате, шахтам, геологическим символам песчаников, их мощности, интенсивности явлений и пр.
Так, по данным программы получены обобщенные сведения о выбросах породы и газа, произошедших за вышеуказанный период, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Обобщенные сведения о выбросах породы и газа, произошедших на шахтах Донбасса за период 1964-1974 гг.
Наименование шахт Количество выбросов породы и газа Пределы изменения глубины выбросов, м (в скобках - среднее значение) Пределы изменения интенсивности выбросов, т (в скобках - среднее значение)
№ 4 - 21 63 933 — 1020 (998) 62 — 860 (285)
Им. Скочинского («Петровская — Глубокая») 1475 901 — 1237 (1025) 8 — 2247 (216)
«Красноармейская — Капитальная» 18 977 — 986 (986) 142 — 2900 (934)
«Октябрьский рудник» 22 995 101 — 1075 (556)
«Щегловская — Глубокая» 49 900 — 1012 (919) 32 — 720 (223)
Им. Ленина (Макее-вуголь) 3 703 91 — 234 (145)
им. Артёма (Дзер-жинскуголь) 1 860 55
им. Артёма (Дзер-жинскуголь) 1 860 55
Анализ данных таблицы показывает, что за указанный период времени выбросы породы были зарегистрированы на семи ша-
хтах Донбасса, причем большинство выбросов (90,4 %) произошло на шахте им. А. А. Скочинского (ранее «Петровская - Глубокая») при проведении подготовительных выработок по песчанику Н^Н7 (к^к/). По данным программы глубина произошедших выбросов находилась в диапазоне 703-1237 м, интенсивность выбросов составила 8-2900 т породы, а мощность слоев песчаников, давших выбросы, варьировалась от 1,2 м до 62 м.
Необходимо отметить, что помимо систематизации выбросов породы и газа, произошедших на шахтах Донбасса, разработанная версия 1.0.1 информационно-аналитической программы позволяет выполнять статистический анализ распределения выбросов породы от основных горно-геологических и горнотехнических условий с графическим отображением результатов. Это обеспечит получение объективной информации о проявлении выбросоопасности песчаников в зависимости от влияния различных факторов и возможность обоснованно подходить к совершенствованию технологии проведения выработок по выбросо-опасным породам.
На рисунках 1 и 2 в качестве примера приведены полученные с помощью данной программы распределения количества выбросов породы и газа по мощности песчаников и сечению проводимых выработок.
а a i в а а 8 а а
RRifiliSBtfiaS
5
Рис. 1 - Распределение количества выбросов породы и газа
по мощности песчаников
" ё г я я я §
Диапазоны сечения в проходке, кв. м.
Рис. 2 - Распределение количества выбросов породы и газа по сечению выработок (в проходке)
Анализ представленных на рисунках данных показал, что большинство выбросов породы (порядка 74 %), произошедших за период 1964 - 1974 гг., произошло при проведении подготовительных выработок по песчаникам мощностью 30 - 35 м и 45 - 50 м. Уровень проявления выбросов при мощности слоев песчаника до 20 м и свыше 50 м - незначителен и составил от 2,1 % до 4,3 %.
Влияние горнотехнического фактора - сечения выработок в проходке на проявление выбросов песчаника показало, что
наибольшее количество выбросов породы (77 %) отмечено при
2 2
сечении проводимых выработок в проходке от 5,1 м до 15,0 м . Незначительный уровень проявления выбросов породы (0,6 %) при сечении выработок до 5 м2 позволяет наметить пути совершенствования технологии проведения выработок по песчаникам, снижающей опасность проявления данного вида ДЯ (например, проведение выработок с опережающим забоем уменьшенного сечения или проведение выработок по песчаникам проходческими комбайнами избирательного действия согласно [12]).
Заключение (выводы). Разработка информационно-аналитической программы регистрации выбросов породы и газа
обеспечит переход к цифровизации в области регистрации и анализа происходящих в шахтах выбросов породы, а реализуемый в программе статистический анализ горно-геологических и горнотехнических условий проявления выбросов песчаников позволит получать более объективную информацию о степени выбросо-опасности пород в условиях отдельных шахт, что будет способствовать выбору оптимальной технологии проведения выработок и мер борьбы с выбросами породы и газа.
Данная информационно-аналитическая программа разрабатывается впервые и опыт ее применения позволит в перспективе разработать подобную ей программу для систематизации и анализа условий проявления других видов ДЯ, происходящих в шахтах, таких как внезапные выбросы угля и газа, выдавливания угля, горные удары.
Совершенствование нормативной базы в части прогноза и предотвращения выбросов породы и газа и разработка информационно-аналитической программы обеспечат комплексный подход в повышении безопасности ведения горных работ по выбро-соопасным песчаникам.
Исследования проведены в рамках выполнения прикладной научно-исследовательской работы «Разработать информационно -аналитическую программу регистрации выбросов породы и газа, произошедших на шахтах Донбасса за период с 1960г. по 2023г.» (сроки выполнения: 01.01.2024 - 30.09.2025).
ЛИТЕРАТУРА
1. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 10 декабря 2020 г. № 515 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Инструкция по прогнозу динамических явлений и мониторингу массива горных пород при отработке угольных месторождений». - URL:
https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1 &documentId=3 830 31/(дата обращения: 19.08.2024).
2. Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. -М.: ИГД им. Скочинского. - 1989. - 192 с.
3. Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям: СОУ 10.1.00174088.011 - 2005. -Офиц. изд. - Киев. - 2005. - 202 с.
4. Забигайло В. Е., Белый И. С. Геологические факторы разрушения керна при бурении напряженных горных пород Донбасса. - Киев: Наукова думка. - 1981. - 179 с.
5. Петухов И. М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов. - М.: Недра. - 1983. - 280 с.
6. Волошин Н. Е. Основы тектонофизической теории выбросов твердых полезных ископаемых и пород в шахтах. - Донецк: СПД Дмитренко. - 2007. - 64 с.
7. Забигайло В. Е., Николин В. И. Влияние катагенеза горных пород и метаморфизма углей на их выбросоопасность. - Киев: Наукова думка. - 1990. - 168 с.
8. Волошин Н. Е., Вайнштейн Л. А., Брюханов А. М., Кущ О. А., Бойко Я. Н., Рубинский А. А., Ризниченко А. И. Выбросы угля, породы в шахтах Донбасса (1906 - 2007 гг.) (Справочник). - Донецк: СПД Дмитренко. - 2008. - 920 с.
9. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 07 декабря 2023 г. № 441 «Об утверждении Руководства по безопасности «Рекомендации по безопасному ведению горных работ на склонных к динамическим явлениям угольных пластах». - URL: https://www.gosnadzor.ru/mdustrial/mkovodstva-po-bezopasnosti/rekomendacii_po_bezopasnomy_vedeniu_gornix_rabot. pdf /(дата обращения: 03.09.2024).
10. Архангельский А. Я. Приемы программирования в Delphi на основе VCL. - М.: Бином - Пресс. - 2006. - 944 с.
11. Рыжков, М. Ф. К вопросу разработки информационно-аналитической программы регистрации выбросов породы и газа, произошедших на шахтах Донбасса / М. Ф. Рыжков, А. А. Черниговцева, Р. М. Богоудинов, С. А. Ризниченко, А. А. Черниговцев // Способы и средства создания безопасных и
здоровых условий труда в угольных шахтах: сборник / МАКНИИ. - 2024. - Вып. 1(64). - С. 49-54.
12. Кудинов Ю. В., Малеев Н. В., Демченко О. А., Безборо-дов В. А, Мхатвари Т. Я. Прогноз и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах. - Донецк. - 2018. - 404 с.
Богоудинов Руслан Мухаметович, заведующий отделом газодинамических явлений, ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», Россия, ДНР, г. Макеевка, [email protected].
Рыжков Михаил Федорович, заведующий лабораторией отдела газодинамических явлений, ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», Россия, ДНР, г. Макеевка, [email protected].
Черниговцев Александр Анатольевич, инженер отдела газодинамических явлений, ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», Россия, ДНР, г. Макеевка, [email protected].
DEVELOPMENT OF AN INFORMATION AND ANALYTICAL PROGRAM FOR RECORDING ROCK AND GAS EMISSIONS TO IMPROVE THE SAFETY OF MINING WORKS ON OUTBURST-HAZARDOUS SANDSTONES
Based on the processing of data from rock and gas emission investigation reports, version 1.0.1 of the information and analytical program for recording rock and gas emissions was developed. The program will make it possible to analyze the conditions for the manifestation of rock outbursts and increase the safety of working on outburst- hazardous sandstones.
Keywords: rock and gas outburst, information and analytical program.
Bogoudinov Ruslan Mukhametovich, Head of the Department of Gas-Dynamic Phenomena, STATE INSTITUTION «MAKEEVSKY RESEARCH INSTITUTE FOR THE SAFETY OF WORK IN THE MINING INDUSTRY» Russia, DPR, Makeevka, [email protected].
Ryzhkov Mikhail Fedorovich, Head of the Laboratory of the Department of Gas Dynamic Phenomena, STATE INSTITUTION «MAKEEVSKY RESEARCH INSTITUTE FOR THE SAFETY OF WORK IN THE MINING INDUSTRY» Russia, DPR, Makeevka, [email protected].
Chernigovtsev Alexander Anatolyevich, Engineer of the Department of Gas Dynamic Phenomena, STATE INSTITUTION "MAKEEVSKY RESEARCH INSTITUTE FOR THE SAFETY OF WORK IN THE MINING INDUSTRY," Russia, DPR, Makeevka, [email protected].
