CC BY
36
© В.Н. Артамонов, И.Н. Кузык,
Е.Б. Николаев, А.В. Баранов, 2003
УАК 622.817.4
В.Н. Артамонов, И.Н. Кузык, Е.Б. Николаев,
А.В. Баранов
ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ БВР ПУТЕМ НАПРАВЛЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ УГЛЯ ГИАРОВОЗАЕЙСТВИЕМ
Интенсивное развитие горных работ на шахтах Украины возможно при повышении безопасности их ведения, обеспечения здоровых санитарногигиенических условий труда путем совершенствования существующих и создания новых высокоэффективных методов предотвращения возникновения опасностей в первую очередь для наиболее сложных и опасных условий работы в очистных и подготовительных забоях.
Взрывные работы отличаются своей повышенной опасностью, так как связаны с применением чувствительных к внешним воздействиям веществ и выделением при взрывании большого количества ядовитых вредных газов.
Существующая технология и техника ведения БВР не исключает возможности загазирования, взрывов метана и угольной пыли, что приводит к большому числу несчастных случаев с тяжелым и смертельным исходом. Образование при БВР большого количества химического разложения ВВ представляет опасность общего отравления организма и способствует профессиональным заболеваниям горнорабочих.
Ведение взрывных работ следует рассматривать как систему совокупности процессов, объединенных взаимодействием среды и ВВ. Анализ этой системы позволит обеспечить удовлетворение требований по созданию безопасных и эффективных условий ведения взрывных работ.
Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные Донецким национальным техническим университетом (ДПИ) в течении последних лет показали, что при определенных условиях обработки угольных пластов водными растворами поверхностно-активных веществ можно достичь такого увлажнения, когда вода проникает к микропорам и это приводит к максимальному эффекту гидровоздействия [1, 2]. При этом существенно снижается проявление вредностей при разработке угольных пластов: снижается газовыделение, уменьшается пылеобразование, происходит перераспределение горного
давления за счет изменения прочностных свойств угля [3].
Управление прочностью угля путем низконапорного нагнетания в пласт водных растворов ПАВ приводит к формированию увлажненной зоны угольного массива, подготовленной для ведения технологических операций, в том числе и буровзрывных работ [4]. При таком режиме нагнетания происходит следующее:
• образуется дополнительная система микротрещин и происходит как частичное вытеснение газа, так и его изоляция в субмакропорах и мик-ропорах, в конечном итоге теряется способность газа к выделению даже при мельчайшем разрушении;
• происходит связывание пыли, образующейся при разрушении угля (выемке, транспортировке);
• изменяются механические свойства угля в сторону увеличения пластических и уменьшения прочностных характеристик, что приводит к перераспределению напряжений вокруг и впереди выработки, зона повышенных напряжений перемещается в глубь массива;
• происходит адсорбционное понижение прочности на поверхности трещин и растворение солей минеральных включений (обменная и молекулярная адсорбция), приводящее к ослаблению угольного пласта и снижению энергоемкости его выемки, снижение уровня концентрации напряжений и неравномерности их распределения.
На основании исследований ДонНТУ на ряде шахт разработаны и внедрены мероприятия по повышению эффективности низконапорного увлажнения в зонах влияния горных выработок и очистных забоев.
Проведение увлажнения поэтапно при переменной длине скважин с использованием перемещения максимума опорного давления (автонагнетания) по-
Рис. 1. Схема поэтапного увлажнения угольного пласта
3600 3400 * 3200 ^000 $>800 ^660 $424 л222 р 16000 $800 Щ606 Р Щ400 4202 1000 800 600 400
Зависимости Упрод(Щ,У поп
у = 73,367х - 707,82х6 + 2086,1x7
• А
• • ^
9 г •
4, Л в? у= А , “ -222,37х2 + 1884,7х - 2750,2 ^ *А
4 5
Влажность образца угля,Ж, %
■ Зависимость скорости продольной волны от влажности
Зависимость скорости поперечной волны от влажности
Рис. 2. Зависимость скорости продольной и поперечной волны от влажности образца угля
зволяет повысить эффективность нагнетательных скважин в 2-5 раз, увеличить приемистость скважин, снизить сопротивление угольного массива нагнетанию воды и изменить его фильтрационные характеристики [3].
К настоящему времени установлено влияние изменения физико-механических свойств угля краевой части, подверженной увлажнению, на напряженное состояние прилегающей к горной выработке части массива и характер геомеханических процессов в массиве [4, 5].
Сущность предлагаемого способа - поэтапного гидровоздействия на угольный пласт растворами ПАВ представлена на рис. 1.
При уменьшении предела прочности угля на одноосное сжатие на 10% происходит перемещение максимума опорного давления от выработки вглубь массива на 12-14%.
Ведение БВР в увлажненной зоне может привести к существенному изменению их параметров и времени выполнения отдельных операций (в частности - время отводимое на бурение шпуров), повысив при этом эффективность самого взрыва. Особо следует отметить роль увлажнения в снижении выделения ядовитых газов образующихся при БВР и адсорбирующихся на поверхности разрушенного угля за счет образования поверхностных пленок растворов ПАВ.
Преимущества данного метода увлажнения могут быть реализованы при условии равномерности увлажнения в зонах ведения технологических операций. Лабораторные исследования направленные на определение оптимальной добычи ПАВ к воде в зонах ведения БВР показали, что при этом наиболее эффективное и равномерное увлажнение достигается при С = 0,6...1%.
Установлено, что энергоемкость разрушения угля зависит не только ль характера приложения нагрузок (взрывное разрушение, механическое разрушение), но и от физико-механических свойств среды. В нашем случае энергоемкость разрушения угля снижается на 35-40%.
Методика проведения лабораторных исследований [6] включала:
• подготовку и отработку образцов угля;
• обработку образцов угля водными растворами ПАВ;
• оценку равномерности увлажнения угля после гидрообработки (взвешиванием и по скорости прохождения звуковых волн);
• разрушение - взрывное или механическое (ударное) увлажненных образцов угля и опреде-
ление гранулометрического состава разрушенного угля;
• оценка влияния степени увлажнения образцов на их разрушаемость.
Влагонасыщение образцов угля от концентрации ПАВ в обрабатываемом растворе и изменение скорости звуковой волны от степени увлажнения, приведены на рис. 2.
Анализируя представленные зависимости можно придти к заключению, что при увеличении влажности образцов угля от 3 до 6,2% происходит существенное изменение скорости распространения в них звуковых волн, как продольных, так и поперечных.
Зависимость изменения скорости звуковых волн в образцах угля описываются зависимостями:
для продольных волн
Упрод. = 73,367'^ - 707,821№2 - 2086,Г№;
для поперечных волн
Упоп. = -222,37Ш2 + Г884,7Ш - 2750,2.
Существующая методика [6] позволяет характеризовать деформационные свойства угля - коэффициент Пуассона, модуль упругости, модуль сдвига. Установлено, что при увеличении влажности модули упругости и сдвига уменьшаются, что свидетельствует об увеличении пластичности угля, и это в конечном итоге приводит к снижению возможности накопления энергии и ее реализации.
В результате проведенных исследований установлено существенное влияние физикомеханических свойств угля (управление которыми проводится гидровоздействием с использованием ПАВ) на процессы разрушения, как взрывным, так и механическим способом. В конечном итоге это приводит к корректировке параметров БВР, перераспределению баланса выделяющихся газов при взрыве ВВ, созданию нормальной атмосферы в зонах их ведения.
1. Гребенкин С.С., Артамонов В.Н. Исследование изменения свойств угольного пласта в зонах увлажнения. Физико-механические проблемы горного производства. Сборник научных трудов Национальной академии наук Украины, отделение физико-технических горных проблем ДонФТИ, Выпуск 4, Донецк, 2001, с.64-71.
2. Артамонов В.Н, Бондаренко А.Ю, Кузык И.Н, Замай Л.В. Исследование влияния увлажнения краевой части угольного пласта на механические процессы вокруг вы-
емочной выработки // Известия Донецкого горного института, Донецк, ДонГТУ, 1997. - П1(5). - с. 46-50.
3. Артамонов В.Н. Принципы поэтапного гидровоздействия на угольный пласт и эффективность его применения в шахтах //Известия Донецкого горного института, Донецк, ДонГТУ, 1997. - П2(6). - с.73-79.
4. Артамонов В.Н, Николаев Е.Б. Предварительное увлажнение как комплексный метод повышения эффективности и безопасности горных работ. Монография «Геотехнологии на рубеже XXI века», Донецк, До-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
нГТУ-ДУНПГО, Том 1, 2001. - с.124-129.
5. Артамонов В.Н, Бондаренко
A.Ю. О возможности управления технологическими свойствами угля увлажнением краевой части пласта // Известия Донецкого горного института. - Донецк: ДонГТУ, 1995. - Ш1. -с.21-24.
6. Методика лабораторных исследований изменения физикомеханических свойств угля при гидровоздействии /Сост. Артамонов
B.Н., Николаев Е.Б., Баранов А.В., ДонНТУ, 2001. - 32 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Артамонов В.Н, Кузык И.Н, Николаев Е.Б, Баранов А.В. -Донецкий национальный технический университет.
© Ю.В. Волков, И.В Соколов, В.А. Камаев, 2003
УАК 622.271/.272.06
Ю.В. Волков, И.В Соколов, В.А. Камаев
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ВАРИАНТОВ ПОАЗЕМНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПОАКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ
предыдущих работах авторов, опубликованных в «Горном информационно-аналитическом бюллетене», произведена систематизация способов подземной геотехнологии при последовательной комбинированной разработке, где в основу разделения на классы положен признак -степень, на группы - способ изоляции подземных выработок от карьерного пространства, а на варианты - способ управления горным давлением [1]. Предложена методика выбора эффективных вариантов и параметров геотехнологии, основанная на их сравнительной оценке с учетом влияния специфических факторов (активные аэродинамические связи (ААС), использование
карьерного бурового оборудования, повышенное горное давление) [2]. Противоречие, обусловленное требованиями, с одной стороны, изолирования подземного очистного пространства и, с другой, полноты отработки месторождения снимается созданием такой геотехнологии, которая способствовала бы использованию полезных специфических факторов и устранению отрицательных.
В данной статье рассмотрено в качестве примера обоснование подземной геотехнологии выемки подкарьерных запасов Учалинского медно-цинкового месторождения.
В соответствии с предложенной систематизацией способов под-
земной геотехнологии [1] были сконструированы альтернативные варианты. В группе 1 с изоляцией подземных выработок рудным целиком - этажнокамерная система разработки основных запасов с твердеющей закладкой и последующей отработкой целика (I = 1; у = 1). В группе 2 с изоляцией искусственным массивом - этажнокамерная система разработки основных запасов с твердеющей закладкой и опережающей отработкой переходной зоны по системе горизонтальных слоев с закладкой (У = 2; у = 1). Данный вариант принят техническим проектом за базовый. В группе 3 с изоляцией инженерными сооружениями - этажно-камерная система разработки основных запасов с твердеющей закладкой под созданным на дне карьера изолирующим перекрытием (У = 3; у = 1). В группе 4 с изоляцией массивом пород в разрыхленном состоянии -этажное принудительное обрушение с отбойкой руды на компенсационное пространство (У = 4; у = 3). В группе 5 без изоляции - этажнокамерная система разработки с закладкой выработанного пространства (У = 5; у = 1).
