Научная статья на тему 'Учет влияния ситуационных геомеханических условий для совершенствования дегазации подрабатываемого массива горных пород'

Учет влияния ситуационных геомеханических условий для совершенствования дегазации подрабатываемого массива горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
72
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАНА / ЗОНЫ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ / ОЧИСТНОЙ ЗАБОЙ / ДЕГАЗАЦИЯ / СКВАЖИНЫ / ЗАВИСАНИЕ КРОВЛИ / НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ / METHANE EMISSION / GAS EVOLUTION ZONE / FACE / METHANE DRAINAGE / BOREHOLES / POOR CAVING OF ROOF / NONLINEAR PROCESS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Бригида Владимир Сергеевич, Голик Владимир Иванович, Дмитрак Юрий Витальевич, Габараев Олег Знаурович

Было установлено в результате проведенного исследования, что повышение эффективности дегазации может быть достигнуто при учете нелинейности аэрогазового режима в подрабатываемых скважинах. Предложено направление развития теоретических основ газовыделения из массива, в котором учитывается наличие данных особенностей. Описан механизм реализации деформационных процессов в углепородном массиве, вмещающем дегазационные скважины.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Бригида Владимир Сергеевич, Голик Владимир Иванович, Дмитрак Юрий Витальевич, Габараев Олег Знаурович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE IMPACT OF SITUATIONAL GEOMECHANICAL CONDITIONS INFLUENCE TO IMPROVING OF THE DRAINAGE ROCK-MASS CA VED

As a result of the study, it was found out that the improving efficiency drainage by underground boreholes can be achieved when taking into account of air-gas mode nonlinearity in the boreholes caved. The direction of theoretical bases development of gas emission from the array is proposed, in which takes into account the presence of these features. The mechanism of deformation processes realization in the coal-bearing massif which containing drainage boreholes is described.

Текст научной работы на тему «Учет влияния ситуационных геомеханических условий для совершенствования дегазации подрабатываемого массива горных пород»

12. Efremov E. Yu. Pogreshnosti izmereniya konvergencii poperechnogo secheniya gomyh vyrabotok // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Gomyj zhumaL 2019. № 2. S. 70 -78.

13. Zubkov A.V. Geomekhanika i geotekhnologiya - Ekaterinburg: IGD UrO RAN, 2001. 335 s.

14. Balek A.E., Sashurin A.D. Problema ocenki prirodnogo napryazhenno- deformi-rovannogo sostoyaniya gomogo massiva pri osvoenii nedr // GIAB. 2016. №21. S. 9-23

15. Katkova D. Yu. Issledovanie po primeneniyu vysokotochnogo elektronnogo taheometra Sokkia net 1200 pri s"emke prostranstvennogo polozheniya stroitel'nyh ^п-strukcij zdanij i sooruzhenij // Vestnik YuUrGU. 2011. № 35. S. 44 - 47

16. Selin K.V., Shmonin A. B. Kontrol' smeshchenij poverhnosti obdelki stroyash-chejsya stancii "Torgovyj сеПх" Chelyabinskogo metropolitena metodom trigonometric ^ eskogo nivelirovaniya // GIAB. 2013. № 7. S. 158 - 163.

УДК 622.831.325.3

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ СИТУАЦИОННЫХ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ

УСЛОВИЙ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДЕГАЗАЦИИ ПОДРАБАТЫВАЕМОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

В.С. Бригида, В.С. Голик, Ю.В. Дмитрак, О.З. Габараев

Было установлено в результате проведенного исследования, что повышение эффективности дегазации может быть достигнуто при учете нелинейности аэрогазового режима в подрабатываемых скважинах. Предложено направление развития теоретических основ газовыделения из массива, в котором учитывается наличие данных особенностей. Описан механизм реализации деформационных процессов в углепо-родном массиве, вмещающем дегазационные скважины.

Ключевые слова: выделение метана, зоны газовыделения, очистной забой, дегазация, скважины, зависание кровли, нелинейные процессы.

Введение. Недостаточное внимание к совершенствованию дегазации действующих горных предприятий обуславливает усиления сдерживающей роли газового фактора при необходимости интенсификации угледобычи и обеспечения безопасности ведения горных работ. Кроме того, ликвидация или консервация угольных шахт (на примере Кузбасса и Ростовской области) сопряжена с нарастанием экологических проблем выделения метана на земную поверхность. Совершенствование системы экологического мониторинга, для обеспечения экологической безопасности подрабатываемых пространств над областью влияния закрытых шахт, сопряжено с проблемой оценки и управления рисками наступления негативного воздействия горного производства. К основным проблемам в данной области, для которых необходимо подобрать действенные методы прогнозирования следует отнести следующие: оценка вероятности возникновения

антропогенного воздействия на окружающую среду, особенно объемов превышения предельно допустимых значений; расчет вероятности отказа системы охраны окружающей среды; прогноз размеров ущерба при наступлении отказа системы [1]. Совокупность вышеуказанных аспектов определяют актуальность и необходимость решения комплексной проблемы шахтного метана.

С точки зрения инвестиционной привлекательности, существующие проекты его добычи имеют длительные сроки окупаемости. Так как традиционные подходы не всегда характеризуются высокой эффективностью, что обуславливает появления ряда новых направлений в решении проблемы метана. Например, для горнотехнических условий Московского угольного Бассейна предлагается инновационные технологии разработки угольных месторождений с использованием подземной газификации угля [2]. Большинство таких нестандартных подходов, к сожалению, нуждаются в проведении длительных испытаний. Многие авторы указывают, что любые способы дегазации подрабатываемого массива за счет снижения его природной газоносности, повышают эффективность использования очистного оборудования, позволяя снизить метановыделение на земную поверхность [3-5]. В тоже время на шахтах остается острая необходимость повышения объемов каптажа и качества отводимой газовоздушной смеси в уже эксплуатируемых дегазационных системах.

Сложности в подержании высоких объемов каптажа метана усугубляется с ростом глубины отработки запасов, водообильности горных выработок и отработкой запасов с управлением кровлей полным обрушением. С ростом горного давления возрастает вероятность активации очагов самовозгорания угля вследствие воспламенения метановоздушной смеси и последующие за этим взрывы в выработанном пространстве [6]. Водонасы-щение трещиноватости и дискретизация породных блоков интенсифицирует развитие сдвижение пород кровли. Для управления состоянием обводненного и трещиноватого углепородного массива необходимо учитывать особенности трансформации такой сложной геомеханической системы, функционирующей в многофакторном пространстве конкретных горно-геологических условий [7].

Для разработки новых технологий повышения качества смеси принимаются попытки разработки моделей, в которых описывается течение многокомпонентной (композиционной) смеси «воздух-метан» с учетом деформационных процессов протекающих в угольном пласте. Одна из последних - модель Xia TQ., позволяет учитывать влияние внутренних и внешних факторов (включая газовую сорбцию, характеристики пористости и разрушения угля, глубину герметизации и величину подсосов воздуха) на качество извлекаемой смеси [8]. Большинству таких моделей присущ существенный недостаток - недостаточное или полное отсутствие учета фактора времени. В этих условиях учет пространственно-временного фак-

тора при оценке динамики метановыделения является фундаментальной научной проблемой. Поэтому проведение исследований по расширению представлений о влиянии ситуационных геомеханических условий на аэрогазовые процессы, протекающие в углепородном массиве, является актуальной научной задачей. Данная область нуждается в проведении дополнительных исследований, одно из которых представлено в работе [4]. Авторы исследования приводят оригинальное обоснование математической модели установившегося поля концентрации метана в исходящей из лавы струе воздуха с учетом фактора времени и неравномерности абсолютной газообильности очистного забоя. К сожалению, многие прогрессивные методики, не всегда внедряются и реализуются на практике и находят отражения в отраслевых инструкциях.

Цель исследования - обоснование необходимости учета влияния ситуационных геомеханических условий при совершенствовании дегазации подрабатываемого массива горных пород.

Реализация деформационных процессов в углепородном массиве, вмещающем подрабатываемые скважины. Действие очистной выемки приводит к изменению напряженно-деформированного состояния (НДС) углепородного массива, которое оказывает негативное влияние на работу скважин. По результатам зондирования скважин (с помощью специальной видеоаппаратуры) на шахте Zhuji (Китай) было выявлено, что используемые параметры обсадки не позволяют компенсировать негативные проявления горного давления, и приводят к разрушению скважин на расстоянии 5-10 метров в глубине массива при нахождении устьев скважин в 2-14 метрах позади лавы (рис. 1) [9]. В результате смятия секций обсадных труб образуется аэродинамическая связь с рудничной атмосферой, обуславливающая подсосы воздуха и обеднение отводимой смеси.

Рис. 1. Схемы разрушения дегазационных скважин на шахте Китая [9]:

а - скважина №6; Ь - скважина №8

Обобщая теоретические источники, можно утверждать, что толщу подрабатываемых пород можно представить в виде саморегулирующейся механической системы. В ней напряжения и деформации массива горных пород в зоне опорного давления взаимосвязаны с изменением длин зависающих породных консолей, в зоне плавных прогибов [10]. Попадение части ствола скважины в зону полных сдвижений сопровождается срезом большей части ее полезной длинны. Подобная ситуация прослеживается при описании деформационных процессов происходящих вокруг подготовительной выработки, из которой пробурены скважины, представлена на рис. 2. В области влияния штрека можно выделить две характерные зоны: I - «приконтурная» (внутри зоны неупругих деформаций (ЗНД)) и II - «в массиве» (вне зоны влияния подготовительной выработки).

Под действием опорного давления на контуре выработки в своде и почве штрека происходят приконтурные деформации (зона I, см. рис. 2) в виде складок [11].

Рис. 2. Схема влияния очистной выемки на напряженно-деформированное состояние угольного пласта

и вмещающего массива горных пород: 1 - выработанное пространство; 2 - охранное сооружение; 3 - угольный пласт; 4 - газопроводящая полость; 5 - сечение выработки; 6 - породная складка; 7 - скважина; щ - угол полных сдвижений; а и б - положение границы зоны неупругихдеформаций (ЗНД) вне влияния очистной выемки

и в зоне влияния; Re и Я1е - радиусы (ЗНД) в нетронутом массиве и в области влияния лавысоответственно; I и II - участки скважины с разными условиями деформирования

Вследствие чего происходит перераспределение НДС и интенсификация смещений конура скважин, при этом значения векторов смещений намного превышают сечение скважины. Радиус ЗНД (размеры зоны I) или зоны разрушенных пород (ЗРП) при этом увеличивается.

Одновременно с деформацией поперечного сечения может происходить удлинение и искривление оси скважины. При этом возможны нарушения целостности стенок, сопровождающиеся вывалами породной мелочи, препятствующие свободному истечению метана из массива. В большинстве случаев для определения размеров и описания динамики распространения зоны I используют вязко -упруго-пластические модели вмещающего углепородного массива [12]. Такого рода модели не учитывают, что потеря устойчивости самой крепи горных выработок и/или скважин может быть следствием развития процессов «зональной дезинтеграции»

(ЗД).

Явление ЗД можно охарактеризовать словами авторов ее открытия (В.Н. Опарин, Е.И. Шемякин, М.В. Курленя и др.): «при проведении подземных выработок в массиве горных пород, на соответствующих предельному напряженному их состоянию и больших глубинах, вокруг горных выработок образуются кольцеобразные чередующиеся зоны слабо нарушенных и разрушенных пород» [13]. Авторы объясняют причины ее возникновения эффектом «квантования» геомеханической энергии вокруг подземной выработки, определяющего существование дискретного набора параметров их метастабильного состояния. В настоящее время сформирована общая методология определения динамико-кинематических характеристик нелинейных волн маятникового типа при описании процессов зональной дезинтеграции. Более того, последние исследования в данной области (при инициировании волн маятникового типа природно-техногенными землетрясениями) с учетом открытого поршневого механизма возникновения газодинамических процессов, экспериментально доказывают их влияние на газодинамическую активность шахт Кузбасса [14]. Поэтому отсутствие учета данных явлений с учетом фактора времени при описании теоретических основ газовыделения в подрабатываемые скважины существенно сдерживает совершенствование подземной дегазации.

Рабочая гипотеза метановыделения в подрабатываемые дегазационные скважины. Для десорбции метана необходимо существование фильтрационных каналов в виде оболочки опережающей трещиноватости и разгрузки от горного давления. При отработке газоносных угольных пластов на больших глубинах породная толща находится в условиях существования различной степенью нарушенности массива горных пород, обусловленных наличием областей локальной разгрузки, примыкающих к зоне опорного давления. По нашему мнению, процессы зональной дезинтеграции должны проявляться в областях локальных минимумов/максимумов горного давления, впереди лавы. Кроме того, эти зоны могут изменять свое

положение во времени вследствие неравномерности подвигания линии очистного забоя и изменения шага посадки непосредственной и основной кровли.

Снижение сопротивления газопроводящих каналов и нарушение целостности скважин в зоне ее устья вызвано, в том числе, нелинейностью проявлений деформационных процессов в плоскости лавы и подготовительной выработки. В этой связи интересны результаты измерений локальных минимумов концентрации метана в подрабатываемых дегазационных скважинах при не линейном изменении напряженно -деформированного состояния углепородного массива, представленные в работе (рис 3) [15]. Авторами доказано, что приближение лавы вызывает чередование зон локальных максимумов/минимумов концентрации метана, на удалении 40-50 метров впереди линии очистного забоя.

Рис. 3. Нелинейный характер изменения аэрогазового режима в подрабатываемых дегазационных скважинах: а - изменение концентрации метана от расстояния до начала участка;

Ь - изменение концентрации метана от времени проведения замеров;

СН4 - концентрации метана, %; Р - расстояние от начала отработки запасов до линии очистного забоя в каждый момент времени, м;

8п - расстояния до начала участка, м; 1-время проведения замеров,

1 2

дней; Ь{ и Ь{ - положение линии очистного забоя на момент начала и окончания наблюдений; 1 - 6 - номера скважин в 120,116,110,106,100

и 92-й день проведения замеров соответственно, располагавшихся на удалении 1330,1310,1290,1240,1220 и 1210 м от начала участка [15]

В связи с этим рабочую гипотезу можно сформулировать следующим образом: процессы зональной дезинтеграции в виде нелинейных проявлений опорного давления, вызывают миграцию областей локальной разгрузки дегазируемой толщи инициирующую десорбцию метастабильного газоугольного раствора и перемещение волн концентрации метана в подземных дегазационных скважинах.

Заключение. Особенности механизма выделения газа в подрабатываемые дегазационные скважины вызваны пространственно-временными параметрами развития горных работ и заключаются в образовании и перемещении волн концентрации метана в виде чередующихся зон локальных максимумов и минимумов на удалении 40.. .50 метров впереди лавы.

Для повышения эффективности дегазации углепородного массива в технологических паспортах вновь проектируемых выемочных участков необходимо учитывать нелинейный характер аэрогазового режима подрабатываемых скважин (по данным лавы-аналога).

Списоклитературы

1. Kachurin N.M., Vorobev S.A., Vasilev P.V. Abandoned coal mines influence on atmosphere, environmental monitoring of coal mining and processing territories and preventive measures resources optimizing // XVIII International Coal Preparation Congress. 2016. P 609-614. DOI: 10.1007/978-3-319-40943-6_93.

2. Griazev M.V., Kachurin N.M., Spirin V.I. Energy-efficient technologies of intergated coal and mining waste development in the Moscow coal basin in the context of secure and sustainable supply of raw materials in Central Russia // Eurasian Mining. 2016. Vol. 2. P. 15-19.

3. Забурдяев В.С., Подображин С.Н., Рычковский В.М. Особенности разгрузки и дегазации сближенных угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. 2013. Вып. 11. С. 45-48.

4. Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Обоснование динамического метода расчета количества воздуха для проветривания очистного забоя и предельно допустимая производительность очистного участка по газовому фактору // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. C. 296-305.

5. Метановыделение на земную поверхность для территорий горных отводов ликвидированных шахт Кузбасса / Н.М. Качурин, Д.Н. Шку-ратский, Л.Л. Рыбак, Р.В. Сидоров // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. Вып. 2. C. 42-48.

6. Курленя М.В., Скрицкий В.А. Взрывы метана на высокопроизводительных участках угольных шахт и причины их возникновения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. Вып. 5. C. 71-78.

7. Дмитрак Ю.В., Голик В.И., Венигор В.В. Геомеханические предпосылки сохранения устойчивости выработок при разработке водо-обильных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С. 221-226.

8. Evaluation of the pre-drained coal seam gas quality / T. Xia, F. Zhou, J. Liu, G. Feng // Fuel. 2014. Vol. 130. P. 296-305.

9. Strengthening Borehole Configuration from the Retaining Roadway for Greenhouse Gas Reduction: A Case Study / F. Xue, N. Zhang, X. Feng, X. Zheng, J. Kan // PLoS ONE. 2015. Vol. 10(1): e0115874. P. 1-12.

10. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. 360 с.

11. Заславский Ю.З. Новые виды крепи горных выработок. М.: Недра, 1989. 255 с.

12. Junxiang Zh., Bo L., Yuning S. Dynamic leakage mechanism of gas drainage borehole and engineering application // T. Xia, F. Zhou, J. Liu, G. Feng // International Journal of Mining Science and Technology. 2018. Vol. 28. P. 505-512.

13. Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е.И. Шемякин [и др.]// Опубл. в БИ. 1992. № 1.

14. О влиянии волн маятникового типа от землетрясений на газодинамическую активность угольных шахт Кузбасса / В.Н. Опарин [и др.] // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2018. Вып. 1. C. 3-15.

15. Brigida V. S., Zinchenko N. N. Methane release in drainage holes ahead of coal face // Journal of Mining Science. 2014. Vol. 50. No 5. P. 994-1000.

Бригида Владимир Сергеевич, ст. преп., 1z011@,inbox.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский государственный технологический университет,

Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., v.i.golik@,mail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский государственный технологический университет,

Дмитрак Юрий Витальевич, д-р техн. наук, проф., ректор, rector@skgmi-gtu.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский государственный технологический университет,

Габараев Олег Знаурович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, gabar@skgmi-gtu.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский государственный технологический университет

THE IMPACT OF SITUATIONAL GEOMECHANICAL CONDITIONS INFLUENCE TO IMPROVING OF THE DRAINAGE ROCK-MASS CA VED

V.S. Brigida, Yu.V. Dmitrak, V.I. Golik, O.Z. Gabaraev

As a result of the study, it was found out that the improving efficiency drainage by underground boreholes can be achieved when taking into account of air-gas mode nonlineari-ty in the boreholes caved. The direction of theoretical bases development of gas emission from the array is proposed, in which takes into account the presence of these features. The mechanism of deformation processes realization in the coal-bearing massif which containing drainage boreholes is described.

Key words: methane emission, gas evolution zone, face, methane drainage, boreholes, poor caving of roof, nonlinear process.

Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Professor of the Department, v. i. golik@,mail. ru, Russia, Vladikavkaz, North-Caucasian State Technological University,

Dmitrak Yuryi Vitalievich, doctor of technical sciences, professor, the Rector, rec-tor@skgmi-gtu. ru, Russia, Vladikavkaz, North-Caucasian State Technological University,

Gabaraev Oleg Znaurovich, doctor of technical sciences, professor, head of the Department, gabar@skgmi-gtu. ru, Russia, Vladikavkaz, North-Caucasian State Technological University,

Brigida Vladimir Sergeevich, senior lecturer, 1z011@,inbox. ru, Russia, Vladikavkaz, North-Caucasian State Technological University

Reference

1. Kachurin N.M., Vorobev S.A., Vasilev P.V. Abandoned coal mines influence on atmosphere, environmental monitoring of coal mining and processing territories and preventive measures resources optimizing // XVIII International Coal Preparation Congress. 2016. P 609-614. DOI: 10.1007/978-3 -319-40943 -6_93.

2. Griazev M.V., Kachurin N.M., Spirin V.I. Energy-efficient technol-ogies of inter-gated coal and mining waste development in the Moscow coal ba-sin in the context of secure and sustainable supply of raw materials in Central Russia // Eurasian Mining. 2016. Vol. 2. P. 15-19.

3. Zaburdyaev V.S., Podobrazhin S.N., Rychkovskij V.M. Osobennosti razgruzki i degazacii sblizhennyh ugol'nyh plastov // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2013. Vyp. 11. S. 45-48.

4. Gryazev M.V., Kachurin N.M., Stas' G.V. Obosnovanie dinamicheskogo metoda rascheta kolichestva vozduha dlya provetrivaniya ochistnogo zaboya i predel'no dopustimaya proizvoditel'nost' ochistnogo uchastka po gazovomu faktoru // Izvestiya Tul'skogo gosudar-stvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 2. C. 296-305.

5. Metanovydelenie na zemnuyu poverhnost' dlya territorij gor-nyh otvodov likvidi-rovannyh shaht Kuzbassa / N.M. Kachurin, D.N. Shkuratskij, L.L. Rybak, R.V. Sidorov // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2015. Vyp. 2. C. 42-48.

6. Kurlenya M.V., Skrickij V.A. Vzryvy metana na vysokoproiz-voditel'nyh uchast-kah ugol'nyh shaht i prichiny ih vozniknoveniya // Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh. 2017. Vyp. 5. C. 71-78.

7. Dmitrak Yu.V., Golik V.I., Venigor V.V. Geomekhanicheskie predposylki sohraneniya ustojchivosti vyrabotok pri razrabotke vodo-obil'nyh mestorozhdenij // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 1. S. 221-226.

8. Evaluation of the pre-drained coal seam gas quality / T. Xia, F. Zhou, J. Liu, G. Feng // Fuel. 2014. Vol. 130. P. 296-305.

9. Strengthening Borehole Configuration from the Retaining Roadway for Greenhouse Gas Reduction: A Case Study / F. Xue, N. Zhang, X. Feng, X. Zheng, J. Kan // PLoS ONE. 2015. Vol. 10(1): e0115874. P. 1-12.

10. Borisov A.A. Mekhanika gornyh porod i massivov. M.: Nedra, 1980. 360 s.

11. Zaslavskij Yu.Z. Novye vidy krepi gornyh vyrabotok. M.: Nedra, 1989. 255 s.

12. Junxiang Zh., Bo L., Yuning S. Dynamic leakage mechanism of gas drainage borehole and engineering application // T. Xia, F. Zhou, J. Liu, G. Feng // International Journal of Mining Science and Technology. 2018. Vol. 28. P. 505-512.

13. Otkrytie № 400 SSSR. Yavlenie zonal'noj dezintegracii gornyh porod vokrug podzemnyh vyrabotok / E.I. Shemyakin [i dr.]// Opubl. v BI. 1992. № 1.

14. O vliyanii voln mayatnikovogo tipa ot zemletryasenij na gazodinamicheskuyu ak-tivnost' ugol'nyh shaht Kuzbassa / V.N. Oparin [i dr.] // Fiziko-tekhnicheskie problemy raz-rabotki poleznyh iskopaemyh. 2018. Vyp. 1. C. 3-15.

15. Brigida V. S., Zinchenko N. N. Methane release in drainage holes ahead of coal face // Journal of Mining Science. 2014. Vol. 50. No 5. P. 994-1000. УДК 622.414.2: 622.831.3: 004.942

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

НА ВЫЕМОЧНОМ УЧАСТКЕ

Ю.М. Говорухин, В.Н. Фрянов, Д.Ю. Палеев

Посвящена изучению взаимодействующих геомеханических и аэродинамических процессов, происходящих при отработке выемочных столбов длинными комплексно-механизированными забоями с обрушением пород кровли на пологих угольных пластах. Получены расчётные схемы, позволяющие оценивать аэродинамические параметры обрушенных сред. Выполнено численное моделирование геомеханических процессов. Определены шаги обрушения пород слоёв непосредственной и основной кровли, что позволило рассчитать высоту зоны обрушения и разрыхления кусков пород при падении. В зависимости от скорости подвигания очистного забоя определён коэффициент уплотнения при дальнейшем сдвижении массива. Рассчитаны коэффициенты проницаемости и характерный линейный размер обрушенной среды. Результаты геомеханического моделирования использованы в качестве исходных данных при оценке воздухораспределения на выемочном участке с учётом выработанного пространства.

Ключевые слова: выемочный участок, выработанное пространство, геомеханические процессы, обрушение, разрыхление, уплотнение, проницаемость, сопротивления, аэродинамические процессы

Выработанные пространства (ВП) выемочных участков пологих угольных пластов являются активной аэрогазодинамической частью шахтной вентиляционной сети (ШВС). При проектировании вентиляции с применением схем проветривания с изолированным отводом метановоздуш-ных смесей, кроме расчёта расхода воздуха, необходимого для разжижения газа до безопасных концентраций, требуется также расчёт утечек воздуха в ВП. Эти утечки отрываются от вентиляционной струи и по аэродинамически активным каналам пористой среды ВП, а также по частично сохраняемой выработке поступают на газоотсасывающие установки (ГОУ), либо камеры смешивания. Важными параметрами ВП являются линейные и квадратичные аэродинамические сопротивления. Они в значительной сте-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.