НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ДЕГАЗАЦИИ МАССИВА ИЗ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЕЕ УСТОЙЧИВОСТИ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі виконано аналіз технологій дегазації, які застосовуються на шахтах України, напрямків їх вдосконалення, а також методів, способів та засобів забезпечення стійкості виробок, з яких здійснюється дегазація.

Дегазаційні роботи на шахтах України проводяться з горизонту пласта, що розробляється. Це не дозволяє здійснювати комплексну попередню й поточну дегазацію, одночасно вугільного пласта, порід покрівлі, підошви та пластів-супутників, а також раніше виробленого простору. Поєднання в підготовчих виробках технологічних заходів щодо видобутку вугілля з дегазаційними роботами перешкоджає їх ефективному виконанню. Усе вище сказане викликає необхідність розробки принципово нових ефективних схем дегазації.

Спроби застосування схем з використанням додаткової дегазаційної виробки як в Україні, так і за кордоном показали їх значну ефективність по вилученню метану. Вченими ІГТМ ім. М.С. Полякова НАНУ розроблені й набули практичного застосування схеми дегазації з розміщенням дегазаційної виробки в раніше підробленому масиві. Загальним недоліком всіх цих схем був нетривалий термін дієздатності в зв’язку з нераціональним розміщенням дегазаційної виробки. Основною складністю на шляху створення таких схем є недостатність даних для наукового обґрунтування їхніх параметрів, а також масштабних досліджень по встановленню закономірностей формування напружено-деформованого стану (НДС) і проявів гірського тиску в над- та підробленому масиві під впливом очисних робіт і процесів зрушення масиву. Значних наукових результатів у вирішенні проблеми дегазації домоглися також вчені Державного Макіївського науково-дослідного інституту з безпеки робіт в гірничій промисловості, Донецького вугільного інституту, Донецького національного технічного університету, Інституту гірничої справи ім. О.О. Скочинського, Інституту проблем комплексного освоєння надр РАН, Інституту фізики гірничих процесів НАН України, Національного гірничого університету, Українського науково-дослідного і проектно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України, а також фахівці вуглевидобувних підприємств України, зокрема шахти ім. О.Ф. Засядька. Метод розрахунку параметрів схем дегазації, розроблений ВНДМІ, дозволяє орієнтовно визначати зони розвантаження і опорного тиску в масиві, однак отримані залежності стосуються глибин розробки до 1000 м.

Найчастіше, з погляду ефективності дегазаційних свердловин, виникає необхідність розміщення виробки якомога ближче до джерел газовиділення, що вимагає підвищення надійності її кріплення. Найбільш перспективним у цьому напрямку є застосування комбінованого кріплення з використанням сталевополімерних анкерних систем. Тут слід зазначити роботи ІГТМ ім. М.С. Полякова НАНУ, ДонНТУ та фахівців шахти ім. О.Ф. Засядька. Однак, дані дослідження стосуються підвищення стійкості покрівлі виробок, при цьому ефективні розробки по підтриманню боків і підошви практично відсутні, у той час, як частка здимання підошви в загальній вертикальній конвергенції часто досягає 60-80 %. Виходом з цієї ситуації є створення склопластикових анкерів, які не перешкоджають піддирці підошви, а також розробка ефективних схем їх установлення. Застосування склопластикових матеріалів має гарні перспективи також при затягуванні покрівлі й боків виробок. Якісний затяг, завдяки високій вантажонесучій здатності, крім запобігання висипанню породи, перешкоджає руйнуванню приконтурної частини масиву в міжрамному просторі, що значно знижує розвиток руйнувань вглиб масиву і, тим самим, підвищує стійкість виробок.

На основі проведеного аналізу сформульовано задачі досліджень.

В другому розділі виявлені основні чинники, які стримують підвищення ефективності вугільних шахт, проаналізовано способи та засоби дегазації масиву, розроблено науково-технічні вимоги до схем дегазації.

Стан проблеми дегазації вуглепородних масивів на шахтах України свідчить, що з 153 шахт 132 відпрацьовують викидонебезпечні пласти. Дегазаційні роботи проводяться всього на 47 шахтах, 15 з яких мають газоносність масиву більше ніж 20 м³/т. Разом з тим, технології дегазації, що використовуються, в переважній більшості, не дозволяють вилучати більше 30 % метану, а його вміст в газоповітряній суміші ледь досягає 20-25 %.

Критичний аналіз існуючих способів і засобів дегазації вуглепородного масиву показав, що для створення ефективних схем дегазації необхідне комплексне врахування гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів відпрацювання вугільних пластів, точний прогноз зрушень порушеного масиву, напрямків і інтенсивності газових потоків, а також місць скупчення метану. Технології дегазації повинні передбачати поділ у часі і у просторі процесів видобутку вугілля і дегазації масиву, що досягається використанням додаткової дегазаційної виробки, і відповідати наступним вимогам: можливість розміщення дегазаційних виробок поблизу від місць накопичення метану і шляхів його міграції для підвищення ефективності вилучення газу та зниження довжини дегазаційних свердловин; підвищення стійкості виробок завдяки їх розташуванню поза зонами підвищеного тиску та застосуванню сучасних способів і засобів кріплення; можливість попереднього і поточного вилучення метану із вміщуючих порід, вугільного пласта, пластів-супутників та виробленого простору.

Встановлені геологічні, геотехнічні та геомеханічні фактори, які впливають на ефективність дегазаційних робіт та розроблені концептуальні основи застосування нових технологій дегазації з використанням додаткової виробки