автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Научные основы использования волновых и пульсационных эффектов для снижения газодинамической активности угольных пластов

?Т6 оа

- НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

На правах рукописи

МИНЕЕВ Сергей Павлович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ И ПУЛЬСАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

15.15.11 — «Физические процессы горного производства» 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск — 199Н

- 2 -

Диссертацией является рукопись

Работа"выполнена; в^иисдаутё".геотехнической "мшаники

Национальной Академии Наук Украийы. '

НАУЧИМ КОНСУЛЬТАНТ:

„ Академик HAH Украины, доктор технических наук, профессор ПОТУРАЕВ

Валентин Никитич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор ПАРЧЕВСКХЯ

: г ЯсоюЫ Яковлевич

доктор технических наук,профессор САЛИЦКИЙ

Константин Федорович доктор технических наук МЯКЕНЫОП

Валентин Иванович

: Ведупея организация ' НПО''Днепрогипрошахт" '

" "' V; » : ' " '-i • ' ■ ■ -

' Защита состоится ." ''" -'■ - ■ ' 199 г. в ■ • - час.

на заседании специализированного совета Д 03.10.02 при Институте геотехничской механики НАИ Украины ( 320095,. г.Днепропетровск, ул. Симферопольская, 2 А, ИГТМ HAH Украины ).

• ' С диссертацией ' можно ознакомится в библиотеке Ииртитута, : геотехнической механики HAH Украины.

Автореферат разослан "" " ' ____199 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, . А /7 У7

кандидат технических наук . / /ßf/J^^. ПКРШ'ЖЦА В. Г,

- 3 -

ОЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблеш Современное развитие угледобывающей промышленности связано со значительным понижением глубин отработки при постоянном ухудшении горно-геологических условий и переводом новых шахтопластов в разряд ныбросоопаеных.

Наибольший вклад в решение проблемы борьбы с газодинамическими явлениями внесли ученые ИГД им. А. А. Скочинского.МакНИМ, ЕНИШ, ВоетНИИ, №ТМ 11АН Украины, ДоиХТИ, !Ш РАН, ИПКОН РАН, ИМ НАН Украины, ИГД СО РАН, ДоиУГИ, ДГТУ, ГГАУ и других органивапий. Практическим результатом этих исследований явилось создание комплекса противовибросных мероприятий к виде нормативных документов, используемых шахтами Украины, России и Казахстана. Шесте с зтим, традиционные противовыброешА? мероприятия в одном случае довольно трудоемки, в другом-существенно разОал-знсирукл1 ;ч.хно логию угледобычи, а в третьем-малоэффективны и ненадежны. Кроме того,сложившаяся в Украине энергетическая ситуация настоятельно требует интенсивного научного поиска новых нетрадиционных источников энергии, в частности, шахтного газа.

Большая роль в развитии исследований в области управления газодинамической активностью углепородного массива принадлежит Ф. А. Абрамову, А. Т. Айруии, А. Д. Алексееву, Ш. М. Айгалиеву, М. 0. Анш-ферову, А. И. и И. А. Вобровым, Я И. Больиинскому, А. Ф. Булату, А. 0. Еур чакову. Л. 11 Васильеву, КХ Ф. Васючкову, А. Ю. &?кслеру, В. В. Винограде ву, А. а Докукину, Э. И. Ефремову, (1 П. Зборвику, А. ¡1 ¡Зорину, К Е. Заби-гайло.В. С. Иванову, ¡1 -Ъ КусоЕу, Б. Г. ¡{олесникову.О. а Кузнецову, Ы. В. Курлене, А. И Линькову, Г. Д. Лидину, В. В. Лукинову, В. С. Маеьско-му, В. И. Мурашеву, А. И. Москалеву, В. И. Мякенькому, В. И. Николииу, А. Е. Ольховиченко.С. Е Осипову, Л. & Парчевскому, А- 3. Петросяну, И. М. Петухову, В. Я Потура еву, В. 11 Пузыре в у, В. В. Репке, Б. В. ?л?вск ему, К. Ф. Сапицкому, А. А. Скочинсксму, И. В. Сергееву, К. К. Софийскому, !1 !1 Устинову, С. А. Христиановичу.В. В. Ходоту.О. И.,Чернову, Г. А. Шэвелеву, С. А. Ярунину и др.

Анализ состояния вопроса свидетельствует о необходимости

совершенствования существующих и изыскания новых способов снижения газодинамической активности пласта, базирующихся на использовании принципиально новых физических эффектов, возникающих в угле. В настоящее время имеется множество изобретений и технических решений по применению нетрадиционных воздействий на угольный массив для изменения его состояния,однако реализация их в большинстве своем не вышла из стадии экспериментов. Одним из перспективных направлений решения рассматриваемой проблемы является предложенная и разработанная ИГТМ НЛН Украины концепция- управления состоянием углепородного массива малоэнергоемкими воздействиями при активном использовании энергии, накопленной горным массивом /Диплом N 1 на научное открытие, выданный 07.12, 92г/. Многообразие свойств пластов,условий и . глубины их залегания требует глубокого обобщения,проверки и классифицирования предлагаемых решений для использования практикой. Вместе с этим, физика и механизм влияния волновых и пульсационных воздействий на процесс разупрочнения и дегазирования угля не достаточно полно раскрыты и изучены,что затрудняет обоснование эффективных способов дегазирования и снижения газодинамической активности угольного массива. В . этой сеязи вроОлоиа создания методов управления геомеханичекими процессами с использованием волновых и пульсационных эффектов., реализуемых в углепородном массиве для снижения газодинамической активности пласта il интенсификации извлечения шахтного газа имеет важное значение для топливно-энергетического комплекса и является актуальной.

Основная идея работы заключается в направленном использовании энергии горного массива и возникающих в угле виброэ^ек-тов при риброволнапых.ударных и пульсационных воздействиях на выбросоопасные и высокогазоносние пласты для псвнкения безопасности и эффективности ведения горних работ с возможностью управляемого извлечения газа,

• Работа направлена на ревите важнейших нчуто-т^хня'^ских

проблем,утвержденных ГКНТ СССР и Украины, Госплана СССР и Украины, Президиума HAH Украины,выполнялась в рамках комплексных НТП "Энергокомплекс", "Доноасс" и других,

ЦЕЛЬ II ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель paöo™ состоит в установлении закономерностей изменения состояния массива и разработке способов и технических средств снижения газодинамической активности угольного пласта и каптации шахтного газа, базирующихся на волновых и пульсаци онных эффектах в горном массиве.

Для достижения поставленной цели потребовалось р^шше следующих задач:,

- исследовать закономерности проявления горного и газового давления для установления мест заложения участков реализации вибропульсационних эффектов;

- исследовать физическую сущность,характер и критерии усталостного разупрочнения угля при вибронагружении;

- разработать теоретическую модель описания вибропульса ционных эффектов,реализуемых в углепородном массиве для установления эффективных параметров, воздейевтия на пласт и разработать виброспособы снижения выбросоопасности;

- разработать научные основы использования впброзффек-тов,происходящих в массиве при наложении вибрации на нагнетае мую в пласт жидкость; струи жидкости,размывающие полости в уг ле; потоки газа,диффундируемого ь пласте. Разработать способы снижения газодинамической активности пласта;

- разработать научно-технические принципы и классификации методов "использования волновых и иульсационных эффектов для снижения газодинамической активности угольного массива;

- разработать и внедрить, включенные в классификации способы ведения горних работ на выбросоопасных угольных пластах.

ОБОСНОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ BCCJK ДОВАНИЯ И Е^О НАУЧНОЙ НОВИЗНЫ.

Научное значение работы заключается в установлении меха-

низма и закономерностей эффективного влияния искусственно вызванных в пласте виброэффектов на разгрузку угольного массива от напряжений и его дегазацию; создании научных основ использования волновых и пульсационных эффектов при отработке газодинамически активных пластов,разработке математической базы для расчета рациональных параметров виброспособов.

Практическое значение работы заключается в разработке научно-технических принципов снижения газодинамической активности угольных пластов и интенсификации калтирования газа,методов оценки состояния массива.алгоритме .расчета рациональных параметров и оценке эффективности способа.

Разработан и промышленно опробован комплекс способов,включающий в себя: вибрационно-скважинный способ 'снижения выб-росоопасности; способ . виброударной обработки углепородного массива в подготовительных забоях и при пересечении угольных пропластков; способ•наложения гидроударов на поток нагнетаемой в пласт жидкости; способ использования гидропульсационных , эффектов при размыве полостей;способы ликвидации последствий газодинамических явлений (ГДЯ) в струговых и шитовых лавах и др. Для реализации этих способов разработаны скважинные пневмовиб-раторы.скважинное гидропульсирующее устройство,прерыватель потока нагнетаемой в пласт жидкости, виброударние установки.герметизаторы с -вибропульсирующой приставкой,-скважинные газопульсаторы для дегазирования и другие устройства.

НАУЧНАЯ новизна. Установлены закономерности проявления горного давления вне- . реди очистного забоя и формирования гон газодинамической ' активности угольного массива.отличакмиеся учетом ккшюсгязи величин и характера сближения кровли и почьы. давления гага, гон расслоений во вмещающих .пласт породах.структу ршп {кч&пгниб в угле при компрессии и декомпрессии.отжима к|.»->1Ш1 д и характера обрушения кровли.4 н тают? возможного пзлх'ш г м-глчт-газа, находящегося в трехф-ч^оком ссетелияи.

Выполнено математическое описание процесса вибропульсацион-ного воздействия'на газонасыщенный угольный массив, позволяющее производить 'расчет напряженно-деформированного состояния массива, отличающееся рассмотрением математической модели трехкомпонентной гетерогенной среди.

Разработан критерий оценки состояния угольного массива при виСровоздействиях, отличающийся учетом накопления усталостных повреждений, а также впервые получены зависимости, связывающие поврежденность с изменением пористости и проницаемости.

Обоснована эффективность использования пульсацлонного режима при каптаже шахтного газа через скважины, отличающегося созданием пульсаций в потоках газа,диффунднруемого из углело-родного массива в дегазационную скважину.

ЭТС2ЯЕ, 'РЕАгШЦГЯ Я РИГИ ИАУЧЕК FSCFfJXtTGX.

Реализация результатов исследований. Разработанный способ снижения выбросоопасности рекомендован для внедрения в Донбассе решениями МВК, Минутлепрома Украины,Госнадзорохрантруда Украины, Центральной комисии по внезапным выбросам и ее секции по Донбассу. Разработаны и утверждены' в установленном порядке нормативно-методические 'документы/4,5,6,7,8,9/.Выпуск виброисточников освоен Ильичевским РРЗ и Енакиевским РЖ, а осталыпг/ технических средств для реализации разработанных способов Опыным заводом ИГТМ HAH Украины.

Внедрение вибросквахинного способа проведено при проведе нии штреков на шх. "Красный Лрофинтерн" (пл. ^"Соленый", уч-ки 71- 975м, 72-865м; пл. ш' "Николаевский", уч-к32-8бЬм); ш/у"Алексан -дровское'Чпл. 15"Соле1Шй",уч-к71-740м;пл. к*"Пята",уч-Kl 13-560м; пл. ку"Анатольевский,,,уч-кП2-740м,пл. ha"PeMOBCKiifl") и на шх. им.К. Маркса (пл. ш,"Тонкий") п/о "Ордюникидзеуголь".

Рекомендации по ликвидации последствий ГДЯ внедрены на пихтах им. 60-летия Украины п/о"Донецкуголь".в струговых лавах (пл. Ьз"Прасковиевский",Ь(0"Ливенский") и им. К. Маркса в щитовых лавах (пл. "Двойшж"гор. 875м), а способы перехода утонений

мощности пласта струговым забоем внедрены на шахте им. 60-летия Украины (пласты h,.h(0).

Испытания устройств,создающих пульсирующие струи жидкости, размывающие полости в угле перед вскрытием квершлагом выбросо-росоопасных пластов (пл.к7"Юльевский"; пл. ку "Анатольевский", уч-к 110-108/865М) и прерывателей потока нагнетаемой жидкости при увлажнении пласта в гидроударном режиме (забои откаточных штреков, пл. т',"Грицынка", inj "Газовый") проведены на шахте им. К. Маркса п/о "Орджоникидзеуголь".

АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ, СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТ Ц. Апробация работы. Основные положения работы рассмотрены Центральной комиссии по борьбе с внезапными выбросами (Москва, 1981,1986) и ее секцией по Донбассу (Донецк, 1981-1986);Техуправлением Минуглепрома и Гостехнадзором Украины и СССР(Донецк,Москва, 1981-1990); на: семинаре "Комплексная механизация разработки тонких крутых плзстов'ЧКиев, 1981)¡Союзных конференциях по механике горных пород (Днепропетровск, 1981) и "Исследование, прогноз и контроль проявления горного давления" (Ленинград,1982); Совещании "Проблема внезапных выбросов угля, породы и газа"( Макеевка, 1983) ¡заседаниях МВК (Енакиево, Донецк, 1984)¡семинарах по горной геофизике (Батуми,1985,Телави,1989); Союзной конференции по вибротехнике (Кабулети,1987);на.24 Международной конференции по безопасности работ в горной промышленности (Донецк,1991),в рамках, конкурсов проектов НИР ГШГГ Украины (Киев, 1992-1995) и Миннауки России (Москва, 1994).

Работа отмечена дипломом 2-й степени республиканской премии НТГО-Украины в области науки, техники и производства

Публикации, основное содержание работы опубликовано в 117 печатных работах,из которых 3 монографии и 48 изобретений.

Структура и объем работы Диссертация -состоит из введения, шести разделов,заключения, списка литературы из 312 наименований, содержит 296 страниц машинописного текста.25 таблиц, 96 рисунков и 11 приложений.

ДЕКЛАРАЦИЯ О ЛИЧНОМ ВКЛАДЕ В РАЗРАБОТКУ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. В качестве ответственного исполнителя автор принимал непосредственное участие в постановке исследований,выборе методов, обосновании научно-технических принципов,проведении экспериментов, разработке, испытании и внедрении способов,а цель и задачи исследований,идея работы,основные научные положения,выводы и рекомендации сформулированы автором самостоятельно. Основные методические положения работы,обоснование,механизм использования волновых и пульсационных эффектов в массиве опубликованы в 20 самостоятельных публикациях.

КЕТОДОЖ)ГИЯ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВШЯ ПРЕДМЕТА И ОБЪЕКТА. Нетдржгия и метода иследрпания. В работе использовались современные методы исследований механики сплошных и пористых газонасыщенных сред,механики разрушения,теории вибрации и колебаний, методы математического планирования эксперимента и статистической обработки данных,инструментальные измерения .современной аппаратурой,анализ и обобщение научно-технических достижений, матмоделирование.

Предиет н объект исследований: способы и средства виброволнового и пульсационного воздействия на выбросоопасные и внсо-когазоносные пласты; газодинамическая активность; каптаж газа-, технологические схемы и нормативные документы; шахты Донбасса.

Автор выражает благодарность и-признательность сотрудни кам отдела геодинамических систем и вибрационных технологий и отдела управления динамическими проявлениями горного давление за содействие,а специалистам п/о"Орджоникидзеуголь" и "Донец куголь",ШкШИ, ДонУГИ, ИМ НАН Украины за помощь при проведении исследований,экспериментов и внедрении разработок.

ОСНОВНОЙ ГОДЕРКА1ШЕ РАБОТЫ Выполненные исследования по созданию научных основ исполь зования.волновых и пульсационных эффектов для снижения газодинамической активности угольных пластов и Повышения 'йффемгив--ности извлечения шахтного газа позволили сформулировать следу

- 10 -

одие основные научные положения.

Научные положения, згщицяецыо в диссертации

1. Оптимальные места заложения участков для реализации вибропульсационных эффектов в массиве определяются динамикой процесса формирования зон повышенной газодинамической активности, зависящих от свойств угля,напряженного состояния,наличия и состояния газа и,кроме того,от характера образования расслоений во вмещаклцих пласт породах,накапливающих в себе газ.сорб-ционных эффектов и возможных циклически проявляющихся зон концентраций напряжений в пласте.

2. Механизм "вибропульсационного воздействия на горный массив определяется совокупностью сложных взаимосвязанных вибро-эффекгов, проявлявшихся в угле и способствующих интенсивному трещинообразованию, приводящему к равномерному диффундированию газа из угля,его разгрузке,характеризуемой смещением в глубь массива порога уплотнения угля,а также.к изменению напряженного состояния,отжиму пласта,что в целом и снижает его газодинамическую активность.

3. Радиус аффективного влияния вибрирующей скважины определяется циклической усталостью угля с учетом свойств и состояния пласта,действующими в массиве напряжениями и продолжительностью вибрации,а изменение проницаемости и пористости массива в процессе виброобработки определяется установленной на основе модели линейного суммирования повреждений в угле зависимостью.

4. Динамические режимы вибросистем на основе дебалансных вибровозбудителей.взаимодействующих с горным массивом.доста-точяо устойчивы и имеют области виброударного воздействия,поддающиеся зарезонансной настройке и контролю эффективных Параметров в шахтных условиях.

5. Технические средства,создающие пульсации в потоках нагнетаемой в пласт жидкости, в диффундирующих потоках газа при дегазировании массива и в струях гидроразмывающих полости в

- И -

угле,эффективно управляют газодинамической активностью пласта и функционируют, используя энергию угольного массива либо с дополнительным подводом.энергии.

б. Интенсифицирование процесса разрушения гаронапдасчшнх углей с использованием гидропульсационных струй и потоков жидкости, нагнетаемых в пласт,осуществляется за сч°т наложения гидравлических ударов на столб жидкости и проявления усталостных эффектов в массиве,что, в конечном счете, яглл-тся необходимым условием элективного применения гидрометодов для ониже-вия йкЗресоопасяос?». а тага» ликгндгшин последствий ГЛЯ и яя-валов в очистных гобоях.

7. Пульеационная обработка углепородного массива за счет /1иск|>етности развития Фильтрационной зоны вокруг К

активизации фильтрационного процесса в пласте позволяет в ¡¿-5 раз интенсифицировать процесс дренирования газа в периодически перекрываемую дегазационную скважину,что в значительной степени позволяет, повысить её газовый дебит, а следовательно производительность каптации шахтного газа.

Уставновление оптимальных мест заложения участков яга реа^ .»ия»л|йи в массив« вибропульсаиионных эффектов на базе изучения дополнительных закономерностей проявления горного давления " призабойной части выбросоопасных пластов выполнено в вило рая -работки ряда методик, позволяиких эМ^отиено ориентировать яиб роекражяш в зоне яоздейсвтия. Лля установления рациональной глубины заясхения сябрсоквзят разработана методика рнс«втя кинетики структурных и фильтрационных изменений пласта в гон» опорного давления.учитивзваая газовое давление,наличие двух областей деформирования - предельной и упругой, структурное изменение пласта при нагрузке и разгрузке, зэконы конлреооии и декомпрессии угля. Зявиеняость для определения рда>«>ра фильтрации в пласте Ь ктег вид:

о _i.fr Ц-Ш-НчАиНкН- ¿пбгнМ'М (Я

Расстояние от забоя до порога уплотнения массива (^которое ориентировочно определяет положение центра зоны опорного давления и устанавливается используя 'зависимость:

С - Рп

. ГЙ (ог-М - г» !£гн - ¿А&Йт/^у К * Т~>

(2)

(Кси Со!/>м - Я Рп&прм)

Простирание зоны опорного давления <3 определяют по формуле:

5 К0 ' УН £ уь

где: Ксц,^ч-козф. сцепления и угол внутреннего трения; Я -газовая постоянная; Рп -давление газа в угольном пласте; 6 -модуль сдвига; V -коэф. Пуассона угля; коэф. относительного линейн ого расширения; К« -коэф. концентрации напряжений; -размеры зависающей толщи пород в забое; О^,- коэф. компрессии и де-компресии, соответствующей области нагружения;^,(5^-пористость угля при давлении ТЯ, соответственно при нагрузке и разгрузке.

Установлен механизм циклического формирования зон концентрации напряжений впереди линии очистного забоя,позволяющий оп-, тимизировать опережение штрека и определять зоны массива для сооружения скважин и .виброобработки пласта, который проверен на особовыбросоопасных пластах и Н шх. им. 60-летия Украины п/о"Донецкуголь"; Сформулированы оптимально критерии безопасного размещения рабочих, забоя штрека и оборудования относительно мест выемки угля,а также даны рекомендации по безопасному опережению откаточных штреков относительно лавы и заложения участков для выполнения противовыбросных мероприятий (А. с. 1757269).

Установлено,что с удалением от забоя вглубь массива в зоне перехода.от областей сжатия к растяжению во-вмешдющих породах происходит их расслоение и образуются полости, повышающие выбросоопасность. Разработана методика расчета гон расслоения

- 13 - .

пород,рекомендующая параметры размещения в иброскважин относительно газовых полостей (А. с. 1652562). Расстояние от пласта до образовавшейся по'лости расслоения в призабойной области определяется зависимостью: где

Л - -____ - с1 /л-

" » "-1577^1)' Кч «-у^к+гът,'

-частота собственных колебаний массива; -коэф. неупругого сопротивления; -плотность вмещающих пород; 1п,ёп -длина и шрина полости; -мощность пласта; Еы,Ел -модули упругости пород и угля; Пуассона породы и угля.

Для установления физической сущности механизма разупрочнения угля при вибронагружении сформулирована Физическая модель реализации виброэффектов в углепородном массиве. Оценка разупрочнения массива при вибровоздействии осуществлена с ис-пользованием критерия циклического усталостного разрушения,сущность которого заключается в энергетической оценке условий усталостного развития трещин по предельному значению энергии, поглощаемой материалом в результате гистерезиса, возникающего при каждом цикле вибропульсаций. Критерий устанавливает аналитическую связь мевду количеством циклов пульсаций, напряжений, действующими в массиве вблизи источника вибровоздействия и. соответствующим приращением длины трещины с учетом свойств и состояния массива:

¿V И-яц)кс-&к ' (5)

Л К = ¿б" ; Лб- йтак ~ ®<ша

Кс = > ^ в Аъшх; б* б$ (%г'

где: С,о( -постоянные циклической усталости угля, определяемые экспериментально; Кс-коэф. интенсивности напряжений по Гриффит-су; й* -поверхностная эффективная энергия разрушения угля.

Для описания мяогочастотного вибронагруления в работе использована гипотеза линейного суммирования повреждений,в которой за меру прироста повреждения принимается прирост трещины от воздействия каждой из частотных составляющих 1-тона сложно-частотного цикла вибронагружения. Оценка характера трещшообра-зоьалия производится на основании выражения:

где: Кат суммарный коэф. интенсивности напряжений; 1 -количество частот сложночастотиого цикла нагружения; размах от 1-ой

частоты вибронагружения.

В работе установлена связь характеристик накопления пов-режденности угольного массива с изменением его пористости, которая имеет вид:

• + '

М/ - функция поврежденности; , п)а -пористость в исследуемый момент времени I и в нетронутом массиве. Усталостное разупрочнение угля исследовано на образцах пл. т^"Николаевский" и "Грицынка" шх. Красный Профинтерн на установке УРС-20/6000 с программным заданием режима пульсирующего (частота 10-100 Гц-и амплитуда 0,1-0,2 мм) и статического нагружения с автоматической записью нагрузок, деформаций и циклов пульсаций. На рис.1 приведены деформационные кривые угольного.образца: 1-я (модуль упругости,Е=400 МПа; критическое количество циклов нагружения, . Мкр=400;полная предельная деформация, €-0,015);2-я (Е=2Ю МПи; Нкр=2700; е=0,017). Обобщенная диаграмма деформирования При одноосном сжатии (кривая 3) с последующим наложением на образец угля циклической нагрузки (кривая4). Средние значения постоин-

t

а. ^

1

J U ,1 f

/ 1

л \

У / V 3

---- ■-И и/ М ч

/ / 1

у

1 t-W I

- 15 -

них циклической усталости углей составляют:^ =0,5; 0=0,007-0,02. Причем, для газснасыщонного угля 0=0,015-0,02,а без газа С- 0,007-0,01;т.е.газонасыщение увеличивает .численные значения постоянной циклической усталости угля почти вдвое. Установлено, что пульсирую щие виОронагрузки значительно сни-жиот упругие характеристик) уг--ля,повышая неупругие. Так,при увеличении циклов вибропульсапий ' (л=0,15 мм и у=20 Гц) на образец Рис. 1 Характер дефорияропа- с 6*10* до 4*10v модуль упругости ш угля при виброиагруяе- угля снижается с 2000 до 800 МПа, яни (а) и при иаяоясшш т. е. более,чем вдвое. Установлено, вИ5рации на испигываешЛ в что критическое число циклов пуль-статнчесюи решив образец саций Икр, определяющее устойчивое уаля (б). ' т ре [ценообразование, зависит от

постоянных циклической усталости: от С -обратчопропорционально, а отcL -по закону пасазательной функции,величина основания которой прямо пропорциональна амплитуде вибронагрузск и обратно пропорциональна максимальным напряжениям, действующих в массиве.

Разработана теоретическая модель описания вибропульсанионных эффектов,реализуемых в углепородном массиве щя уотансв^ ления параметров вибровоздействия и способов снижения вибросо-опасности,состоящая из трех нелинейных уравнений второго порядка в частных производных ;опиеыве.ю!цих динамическое состояние газонасыщенной трещиновато-пористой среды,учитывающей наличие свободного и сорбируемого газа, оказывающих существвенное влияние на. виброэффекты, реализующие в угле. Угольный пласт, моделировался трехкомпонентной гетерогенной средой, состоящей из деформируемого трещиновато-пористого скилета, отвечающего за проч-

ностные свойства угольного массива,а также газа,находящегося в макропорах и трещинах в свободном состоянии и в микропорах - в сорбируемом. Следуя основным допущениям механики гетерогенных сред для вывода уравнений использовался подход и Математическая модель среды, разработанные для статических задач в ИМ НАН Украины Подильчуком Ю. Н., Ляхом В. В. и др. В результате,уравнения движения среды представлены в цилиндрической системе координат в следующем виде. Уравнение фильтрации свободного газа по системе макропор и трещин .

дгр , { Эр _р_ ар ] р вр с>к ,

г о?г с>Г г>г .

т

ЭР

ьt

г эг

± *I

т-

а)

=0,

( 8 )

Уравнение диффузии сорбированного газа по системе микропор

^ " 1 - " 2 ТГ ЪГ

дt

иг2

( 9 )

+ Л-Ъ_ггадЦ\ Р Гр а г'-ит ]_п

Уравнение движения газонасыщенной трещиновато-пористой среды

( 10 ) < дР Ъ да

а г ~ аЪг

-т пдги и ЪА 'Л Р Я.

т = гт7е_,Р = Рг_,

где:Д,*£ -козф. Ляме,связанные с Ф и V соотношениями. Х==20\>/и-2У)

»

ГП^т^-пористость скелета,равная относительному объему макропор и трещин; к -козф. газопроницаемости;^,-динамическая вязкость газа; (^-давление газа ® макропорах и трещинах; Р-козф, диффузии;^д -коэф. газоперетока; К'цпостоянные изотермы сорбции;

-коэф. сжимаемости газа; И -газовая постоянная; Т-абсолютная температура; С3 и а -концентрация свободного гааа и количества сорбированного газа в микролорах в единице объема среды; А - из■ менение количества газа 'в единице объема среды; К^-коэф. напряжений, возникающих в среде из-за наличия газа;^-плотность скелета;^-компоненты вектора перемещений среди; *р-коэф. Цуассона; I/ -вектор средних перемещений скелета среды; ^-объемное содержание скелета.

Граничные условия задачи,обусловленные воздействием вибратора, на поверхность скважины можно записать в виде:

(> ШЛгД ff ~ Kv A (2o,t) = 6?ScauJt-(SZ, P(e0,tj = Pn(t), A(zo.i) = á„(i), (o¿t<*„).

Начальные условия записываются так:

Р(2,о)=Р0, a(z,o)~a0, и(г.о)^о, (г>Ъ),

где:Рп-давление газа на поверхность скважины; ^-радиус виброисточника; Úa адсорбция на поверхности скважины;Р0-;|авление-

сорбированного газа в микропорах единицы объема нетронутого о

массива; О? компонента нормального напряжения ненарушенного массива; V(Za,у-функция,сшивающая решение на отрезке о остальным пространством за его пределами,которые берутся из решения упругой задачи.

Время эффективного воздействия на,призабойную часть массива Ьэф. в зависимости от размеров скважины, параметров виброисточника,свойств пласта и. необходимого радиуса разгрузки,определяется предложенным кпитерие-м:

* ■ / ] .

.__

оL-з

i

{?0ъи-1) £0.5(U-3) . Анализ результатов расчета показывает, что эффективное

/

проростание трещин зависит от амплитуды импульсов напряжений, количества циклов пульсаций, т. е. частоты и времени виброобработки. Установлено, .что величина динамических напряжений зависит от модуля упругости, угля,амплитуды'вибровоздействия и других факторов,а затухание напряжений имеет экспоненциальный характер. Расчетные характеристики затухания виброволн, близки к

экспериментально установленным и равны 1-8 м . Радиус эффективного влияния виброскважины (Кэф.) зависит от бремени обработки угля (см. рис.2). Предложены эффективные параметры вибрационного способа Диаметр виброскважин- не более 80 мм, глубина вибро-скважинне не более 2-2,5м. Расстояние между виброскважинами не превышает 2 Яэф. Скважины для установки, виброисточников бурят на 0,5 м от кутков с наклоном 5-70 в сторону целиков, а центральные-параллельно оси выработки. Вибровоздействие осуществляется в течении 1-1,5 часа. Допускается воздействие с частотой 50-150' Гц и расчетной амплитудой холостого хода 0,5-1,5 мм. В особовыб-• росоопасных зонах предусмотрено осуществлять двухстадийную виброобработку - первоначально вмешающих пласт пород, а затем угольного пласта (А. с. 1093829; 1331173; 1347571; 1606713). Для применения способа в установленном порядке разработано и узаконено "Временное руководство по применению вибрационного способа.." (А. с. 1793063; 1798524).

Для реализации способа разработано несколько скважинных виброисточников: пневмовибратор ПВП,виброисточник с двухсекционным пневмодвигателем,источник колебаний резонирующего типа,

Рис. 2 Зависимость трсщююобразова-вня вокруг вмбросквалмны (К оф.) от враивви £ воздействия в вертикальной (X) и горнаоятаяьвои (У) направлениях.

виброисточники для каптирования газа из пласта с традиционным! двигателями и элекционного типа (А.с. 1240914; 1622993). Способ прошел промышленную проверку и внедрялся на шахтах "Красный• Профинтерн",им. К. Маркса, "Александровская"п/о"0рджоникидзеуголь" и им. 60-летия Украины п/о"Донецкуголь". Всего с применением способа пройдено около 1,5 км. выработок на пластах h,"IlpacKo-виевский",т^'Тонкий",m^"Николаевский",к^"Пята",Пу "Грицинка".ks "Анатольевский",к^"Шьевский" и др. Установлено,что после виб-роскважинной обработки происходит смещение зоны разгрузки вглубь призабойной части пласта до глубины 2,8-3,5м.что позволяет в большинстве случаев снять режим сотрясательного взрывания при " выемке угля. Для снижения выбросоопасности предложен ряд технологических схем приложения вйбронагрузок: выемка угля с одновременной виброобработкой очистного забоя,виброобработка выбросоопасного_ пласта перед его вскрытием или пересечении ' наклонных пропластков,вибрационное и виброударное воздействие на массив в подготовительных и очистных выработках,воздействие на вмещающие пласт породы и другие(А. с. 926275; 1033745; 1081356; 1102986; 1606712; 1610047). В щитовых лавах предлагается 'виброобработку "кутков забоя" осуществлять площадочными направленными виброисточниками, типа В1ЩВ-3, ЕНДВ-4 (А. с. 1365795; 1487578).

Для повышения энергоемкости воздействия,в частности, мощности единичного импульса предложены способы виброударной обработки массива и разработаны экспериментальные установки: пневмоударная Т712 и виброударная на базе вибратора ВНДВ-3,4 с нелинейными связями,в виде резинозластичных буферов, различной жесткости (А. с. 1554465; 1705564). На шахте им. Стаханова п/о"Крас-ноармейскуголь" проверена виброударная схема воздействия,показавшая целесообразность использования мощных виброударных воздействий на вмещающие пласт породы или почву выработки для уп-. равления состоянием горного-массива.. Установлено,что параметры реализуемого режима воздействия определяются отстройкой линейной системы от точки резонанса, а уже уровень, реализуемых виб-

роударных ускорений оценивается в основном жесткостью буфера основания виброударной установки. Разработан метод дистанционного управления виброустановкой,оснований на оценке изменения силы тока в обмотках электровибромотора( А. с. 1705564).

Для шахтных условий разработаны научные основы использования вибозффектов,происходящих в массиве при наложении вибрации на нагнетаемую в уголь жидкость; струи жидкости,размывающие полости в угле; потоки газа,диффундируемого в'.пласте ■ и способы управления газодинамической активностью.которые несмотря на кажущуюся обособленность имеют общую основу и механизм с виброволновой обработкой пласта. Выполненные аналитические исследования позволили обосновать . способ эффективного увлажнения пласта аа счет наложения на нагнетаемую жидкость мощных гидравлических ударных волн (А. с. 1479679). Разработаны и изготовлены специальные скважинные пульсаторы (А. с. 1714161;П.2015346) и прерыватели потока ПП,нагнетаемой в пласт жидкости с регулируемой частотой пульсаций 0-20 Гц(А. с. 1751358).Испытания-ПП проводили в забоях штреков на выбросоопасном пласте ша' "Газовый" и Шу "Грицынка" шх. им. К Маркса п/о"0рджоникидзеуголь" в процессе гидрорыхления. Нагнетание жидкости осуществлялось в гидроударном режиме при давлении нагнетания 9-15 Ша. Установлено, что амплитуда гидроударных волн (Ри.) зависит от частоты пульсаций (w) и статического давления нагнетания (Рн. ).Так,ПП имеет следующие экспериментально установленные характеристики; при w =5,5 Гц и Рн;=5 ЫПа отношение Ри./Рн=1,а при Рн. =13 Ша отношение Ри/Рн. =0,65; для частоты w=19 Гц отношение Ри./Рн. -0,6 при Рн=5 МПа и Ри./Рн. =0,29 при Рн. =13 МПа. В целом гидроударное воздействие на угольный массив значительно в 1,5 раза интенсифицировало гидрообработку угольного массива.

' Разработаны способы,основанные на использовании пульсирующих струй жидкости для размыва навалов горной'массы,последствий ГДЯ и размыва полостей в выбросоопасных пластах перед их вскрытием (А. с. 1289129; 1501609; 1621615; 1700261). Для их реали-

' ' 21 -

зации разработаны. и изготовлены .скважинные пульсирующие устройства (А.с. 1305391.; 1749609),положительные испытания которых проведены на шахт? им. К. Маркса при вскрытии квершлагами выбро- ' соопасных пластов к7"Юяьевекий" и ку'Анатольевский" -верхний, гор. 875 м.

Способ наложения пульсаций на потоки газа в массиве разработан как протиновыбрссное мероприятие.так и для добычи шахтного метана. Более полное извлечение метана из пласта осуществляется за счет наложения пульсаций на диффундируемый поток газа,поступающий в дегазационную скважину (П. 2014466). Для реализации способа разработаны специальные скЕажинные устройства, работаюэдю в автономном режиме и управляемые с выносного пультз управления (А. с. 1837673).

В диссертации сформулированы научно-технические принципы использования волновых и пульсационных эффектов в горном массиве и разработаны принципиальные классификации перспективных и существующих способов для прогноза возможности создания, и установления ожидаемого места в технологической цепочке любой принципиально новой технологии на базе использования пульсаций и виброэффектов (см. рис. 3). Предложенные классификацией способы условно разделяются по признакам передачи энергии на пять групп: пульсационное дегазирование массива, нагнетание жидкости в пласт, гидроструйный размыв массива,вибровоздействие непосредственно на поверхность массива и скважинное вибровоздействие. Способы,включенные в эти группы,находятся в разной степени готовности к использованию практикой,но все экспериментально проверены.

В работе' предложена прогнозная классификация генезиса технических средств вибропульеационной обработки газонасыщен-яых пластов (см. рис. 4). Классификация содержит три группы средств воздействия условно разделенные по х&рактеру ■ передачи энергии в массив. Это-вибрационные и виброударные средства передающие волны и импульсы в массив, а также средства пульсацион-

Рис.3 Классификация способов виброволнового воздействия на горный пассив

кгшь лиссым -1

(ММШШМН

¡СМйНИЦЦОГО 1ИПЙ

Ья«ааи [ты а

1*||1ин|М'

ц

)т*»««го |ы«а

I

■игшшгвыкма км част»!

|пт»»ит»>

¡ИЗ»»»»»«,« |(И« 1ММШ101

тишичесме СРШШ вшешв ш «иап

. ИШЦЦСЦЦЫ1

М*|13М№1| 1И«и

ЩИМИЦЦ

- Ммишм ЦМВ«аь«М

кшксшии к

каш шпимм

......

мине« ана н •».

ив псшшсц мшш

ЗМШИШМК ■

Л«4|М«Й»0- Зжии-ам1»«тмы

Пмааамм- ЮИНПКОЯ П-И») )МЯТМч|С«. ШГПИ. •«)-а»си(«ис1)

Вм11Мв*М»- л"!''""

Мк1 МИ10СТ*"(

,1в1««« ии

I» Ш1

Т-ла

МИ«1С*1|

ижьшштм

Гштпчцщн

[йшмцин шинники |

(мрщшюш С ВИМММШШ. И*П»ЯМН

тптм р»«.

{иистши. тмонммтм

1мпиш««т »•тока в

«кассии КРС.имя!' ми анли « л».

Пшнцшшсгв шя

(111МЧМ ИйкСММ

1 исмаиши 1 с«**»( *»&• 1 п<|н я»'

я»1««> 1»И 1КТЯ, М1МЫ- г«па|мем •

пгм «и»и«щ М1«ц»н »ас- цист

К1и«11 с»* МОИ

авпол»ит|«ими мхеа шмм

Ивитшцям** пмк*'м

в*ги(!Я!ме* нинктж

мзош тояки« км Iни ГСЯ, ШГкПв*

ПА1С 1(1 И !Г

ГЬ*кСнг««о|н( кяа

мша а —

ПО «та МПЯК1Я

ГО и>

Классификация генезиса технических средств виброволновой обработки пласта

ного типа. Для каждого технического устройства в классификации представлены основные существующие и перспективные виды технических средств воздействия. Основные конструкции защищены изобретениями, многие разработаны,изготовлены, развиваются и совершенствуются автором в плане повышения их работоспособности и эффективности.

В итоге были сфориулированы основные ваучж-техническме принципы виброволновой и пульсационной обработки выбросоопас-ных и высокогазонасыщенных угольных пластов,сведенные ниже:

- снижение выбросоопасности массива посредством виброволновых и пульсационных воздействий обеспечивается за счет совокупности сложных взаимовлияющих виброэффектов в пласте, интенсифицирующих трещинообразование и приводящих к проявлению неупругих свойств угля и его разупрочнению. В результате чего присходит смещение вглубь массива зоны повышенных напряжений, отжим призабойной части пласта и усиленноео дегазирование угольного массива;

- уменьшение газодинамической активности массива скважинными средствами воздействия позволяет переносить поток энергии виброволн и пульсаций вглубь массива,не нарушая при этом сплошности предохранительной пробки в призабойной части пласта Воздействие на вмещающие пласт породы с частотами,близкими к резонансным способствовует сдвижкам слоев массива и "проскальзыванию" угольной массы в сторону выработки в виде отжатия кромки пласта в сторону забоя;

- снижение выбросоопасности эффективно осуществляется площадочными и скважинными виброисточниками с использованием гидро-пульсационных струй и потоков, нагнетаемой в пласт жидкости. Перспективным является виороударная обработка,имеющая области воздействия, поддающиеся зарезонансной настройке и контролю эффективных параметров в шахтных условиях;

- пульсационное воздействие на диффундируемые. в горном массиве потоки газа существенно увеличивает зоны трещинообразованиа

и дезинтегрирования,чем значительно повышает дебит дегазационной скважины.Это позволяет эффективно подойти.не только к решению проблемы безопасности,но и к получению экономически це-'

лесообразного газообразного энергоносителя.

В качестве приложения использования научных основ и классификаций в диссертации приведены некоторые из способов, для которых разработаны методические документы и осуществлено внедрение на шахтах. Это способы ликвидации последствий ГДЯ;разработанные для струговых и щитовых лав на основе гидросмыва навалов горной массы в забое пульсирующими струями жидкости (А. с. 1289129; 1591609; 1621615)-.способы перехода очистными забо-ми полостей ГДЯ, зон утонений мощности пласта и нарушений (А. с. 1627700; 1634786;!! 2042814); способ пересечения наклонных прои-ластков забоями квершлагов(А. с. 1390372; 1459332; 1659659). Широкое внедрение этих способов осуществлено на шахтах^бО-летия Украины, "Глубокая" п/о"Донецкуголь;им. К. Мзркса и "Красный Про-финтерн"п/о"Орджоникидзеуголь". Экономический эффект от внедрения изобретений на шахтах Донецкой области составил в ценах 1991г. около 3 млн. рублей.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫВОДОВ Ж РЕКОМЕНДАЦИЙ подтверждается корректностью постановки и решения задач на основе Фундаментальных положений механики деформированного твердого тела,горных пород и гетерогенных сред,теории колебаний и механики разрушения;сходимостью тестовых задач при использовании ЭВМ; удовлетворительной сходимостью расчетных данных с результатами шахтных измерений (расхождение не превы-шает25 X);высокими значениями коэффициентов корреляции 0,7-0,9 при доверительных интервалах надежности 0,9-0,95 и уровне значимости около 0,75 при обработке результатов лабораторных, стендовых и шахтных исследований; положительным опытом промышленного использования способов снижения газодинамической активности угольного массива в различных условиях ряда шахт Донбасса.

- 26 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано теоретические обобщение и решена крупная научная проблема,имеющая важное народохозяйствешюе и социальное значение, заключающаяся в создании научных основ снижения газодинамической активности угольных пластов,а также улучшения каптажа газа путем использования волновых и пульса-ционных эффектов в горном массиве. Итоговые выводы заключаются в следующем:

1. На основании анализа ГДЯ, опыта ведения горных работ и шахтных исследований установлено, что снижение газодинамической активности угольного массива связано с необходимым учетом зон расслоений во вмещающих пласт породах,циклического ха-'

■ рактера поля напряжений вблизи очистного забоя, различий в деформировании призабойной области пласта при компрессиии и декомпрессий, с учетом вероятности существования в массиве гид-ратной газовой фазы, оказывающих принципиальной значение на закономерности проявления газодинамической активности угольного массива. В связи с этим,разработана методика прогнозирования зон расслоений массива во вмещающих пласт породах и, его газодинамической оценки при трехфазовом состоянии газа, выданы рекомендации заложения участков для эффективного выполнения разработанных противовыбросных мероприятий.

2. Лабораторными и стендовыми исследованиями установлено, что кинетика процесса деформирования угля при циклическом наг-ружении в значительной степени определяется его усталостными характеристиками при гааонасьшрнии. Так, критическое число циклов пульсаций,определяющих рост газонасыщенны* трендан в массиве, зависит от ■ характеристик циклической усталости: обратно пропорционально от С и по закону показательной функции от Л- . Численные значения для выбросоопасных углей. Донбасса равняются . 4 «0,5 и С »0,01-0,02, Причем, газонасыщеняе увеличивает значение параметра С более,чем вдвое.

3. Бшолненш математическое описание процесса перераспре-

деления напряжений и давления газа, изменения структурных и ' фильтрационных характеристик угольного массива,, а также разра-^, ботан алгоритм численной реализации этих исследований, позго- ' ляющих.оценить динамику состояния массива при вибровоздействии

и включающие:

- математическое описание напряженно-деформированного состояния углепородного массива при вибрационном воздействии.учитывающее свободный и сорбированный газ в угле,свойства твердого вещества и двухфазового газа.взаимодействие фаз. составляющих массив;

- математическое описание развития фильтрационного процесса в угольном массиве при пульсационном р<>жим° д°га?ирора-ния, исключающее допущение теплоизоляции системы и при гидро-пульсационном воздействии на уголь с учетом изменения его пов-режденности; .

- математическое описание процесса накопления усталостных повреждений в угольном массиве, позволяющих оценить изменение

. пористости и проницаемости массива при вибровоздействии и оценить вибрационное последействие вцелом с учетом критерия усталостного разрушения.

4. Выполнен расчет и анализ напряженного состояния и давления газа и развития фильтрационной зоны в пласте при пульсационном режиме дегазирования. Установлено, что возникающая вблизи виброисточника зона возмущения характеризуется значительным изменением величин напряжений в скелете угля,давления сорбированного и свободного газа в трещинах,пористости и проницаемости массива,а дискретизация процесса фильтрации значительно активизирует процесс дегазации в скважину,что в определенных условиях позволяет повысить дебит скважины в 5 раз. Установлено, что изменением параметров вибропульсаций можно создавать заданный режим дегазирования угольного массива.

5. Установлены эффективные диапазоны параметров вибрационного воздействия на выбросоопасные пласты,а для гидропульсаци-

ошшх воздействий установлены динамические параметры и частотные режимы.

6. На базе выполненных исследований обоснована концепция использования волновых и пульсационных эффектов в углепородном массиве,возникающих при вибрационном,ударном, гидро-и газо-пульсационном воздействии на массив для снижения газодинамической активности и интенсификации каптажа газа; разработаны ее научные основы и принципы,заключающиеся в определении напряжений вибропульсационного возмущения в углепородном массиве, в установлении его влияния на давление газа,повревденность массива и критериальной оценке возникновения динамического разрушения, позволяющие расчитать эффективные параметры вибровоадейст-вия на угольный массив.

7.Разработан комплекс способов использования вибропульса-ционных эффектов в массиве для повышения безопасности ведения ' горных работ,включающий вибрационно-скважинный способ снижения выбросоопасности при проведении подготовительных выработок; виброударные способы снижения выбросоопасности в очистных и подготовительных забоях и пересечении пропластков выработкой; способы,основанные на повышении эффективности •гидронагнетания аа счет наложения гидроударов на столб нагнетания в пласт жидкости; способы повышения эффективности гидроразмыва полостей в угольном массиве за счет использования пульсаций в струях жидкости; способы ликвидации последствий ГДЯ в струговых и щитовых лавах и другие.

Схемы этих способов включены в нормативно-методические документы "Технологические схемы ведения горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля,породы и газа","Технологические схемы разработки угольных пластов", -"Временное руководство по применению вибрационного способа снижения выбросоопасности. .." « другие. Внедрение способов осуществлено на шахтах; "Красный Профинтерн",им. К Маркаа, ш/у"Александровское", им. 60-летия Украины и "Социалистический Донбасс".

8. Обоснованы основные требования, установлены устойчивые динамические режимы виброисточников, виброударных установок и гидропульсаторов. Показано, что при воздействии на угольный мае-' сив устройств с дебалансным вибровозбудителем, имеющих возможность йпрезонансной настройки вйбросистемы.виброударные режимы возможны при определенном изменении величины зазора между буфером и вибратором. Параметры реализуемого режима определяются отстройкой линейной системы от точки резонанса, а уровень ударных ускорений воздействия определяется жесткостью буфера.

9. Разработаны и проверены на шахтах средства вибровоздействия на массив. Выпуск разработанных скважинных виброисточников освоен Ильичевским РРЗ и Еиакиевсккм РМЗ. Опытные образцы самоврашдющихся устройств для гидропульсирующего размыва полостей в угольном пласте,прерывателя потока нагнетаемой жидкости, виброударных установок,скважинного газопульсато^а и других изготовлены ОП ИГТМ HAH Украины.

10. Разработанные классификации способов вибропульсационного воздействия на горный' массив позволяют оптимизировать процесс выбора рациональной технологии снижения газодинамической активности угольного массива и являются базовой основой для перспективного развития новых виброспособов.

ОСНОВНОЕ ООДЕРНАНИЕ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУХШХ РАБОТАХ Иолографии:

1. Управление состоянием горного массива/А. Н. Зорин, В. Г. Колесников, С. П. Минеев и др. -К. : Наук, думка, 1986. -216с.

2. Потураев R Н. , Минеев С. П. Использование вибрационных и волновых эффектов при отработке выбросоопасных угольных пластов. - К.: Наук, думка, 1992.-200с.

3. Потураев а Ii , Минеев С. П Пульсационные и волновые эффекты в горном массиве. - К.; Наук, думка, 1993. -153с.

Брошюры, альбомы и руководства:

4. Технологические схемы разработки пластов, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа/Л Н. Гапэнович. Е. Ф. Коз лов чу-

- 30 -1

нас, А. Е Ковалев и др.'-Ы.: ИГД им. А. А. Скошшского,1982. -255с.

5. Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1. Технологические схемы. / Л Е Гапанович, Э. Э. Нильва, А. В. Брайцев и др. - М.: Шнуглепром СССР, 1991. - 206с.

6. Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 2. Набор модулей и пояснительная- записка. / ЛЕ Гапанович и др. -Л: Шнуглепром СССР, 1991.-413с.

7. Методические рекомендации по ликвидации последствий газодинамических явлений при ведении горных работ на крутых выбро-соопасных угольных пластах /С. Е Минеев. -Донецк: ЦБНТИ Минуглеп-рома СССР, 1988. -16с..

8. Временное руководство по ликвидации последствий газодинамических явлений при ведении горных работ на пологих и наклонных выбросоопасных пластах /В. Е Потураев,С. П. Ыинеев, А. И. Волошин и др. - Донецк: ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1988. -Юс.

9. Временное руководство ро применению вибрационного способа снижения выбросоопасности призабойной части угольного массива при проведении выработок в условиях шахт Центрального района Донбасса/Е Е Потураев,С. Е Минеев, А. Е Зорин и др. -Донецк: ЦНТЕИ Минуглепрома СССР, 1990. - 18с.

Статьи:

10. Минеев С. Е Изучение импульсно-волновых параметров угольного массива при вибровоздействии // Теория и практика разрушения горных пород.-К. : Наук, думка, 1983.- С. 133-135.

И. Минеев С. Е Характеристики цикличной долговечности угля // Уголь Украины.-1987.-N0 2.- С. 17-18.

12. Минеев С. Е Основы механизма вибрационного- воздействия на угольный массив//Разработка месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. научн. -техн. сб. -Вып. 76. -К..- Техника, 1987. -С. 13-17.

13.Минеев С.Е .Репецкий ЕЕ Снижение выбросоопасности угольных пластов вибрационным воздействием на горный массив// Уголь Украины.-1987.-N010. - С. 39-40.

14. Минеев С. Е О разгрузке массива при его виброобработке //

- 31 -

Разрушение горных пород.- К.: Наук, думка, 1988. - С. 65-68.

15. Минеев С, П. Использование эффекта вибровоздействия на горный массив для управления состоянием угольного пласта// Вибра- ' ционные эффекты в процессах добычи и переработки минералыюг сырья. -К.: Наук, думка. -1989. -С. 31-35.

16. Ликвидация последствий гародинаничоеких явлений-' Л. -Х-. Гер.' гин,С. И Минеев, А. М. Ковтун и др.// Безопасность груда в промышленности.-1988. - Но 4.-С. 20-4".

17. Еыемка выбросоопасных пластов/ В. В. Репецкий, Г. ¡.1. Фридмап. С. П. Минеев, С. Г. Лунер// Безопасность труда в лрчпш -шюсти. 1988. - N0 9. - С. 13-16.

18. Ведение горных работ в нарушенных зонах/С. П Минеев, А. А. Ру-бинский, А. Ю. Афанасьев и др. //Безопасность труда в ироммшпримоСТИ. -1989. -N0 4. -С. 55-58. "

19. Минеев С. И , Мирончак О. П. , Рубинский А. А. Безопасное опере ление штреками очистных забоев на выбросоопасных пластах // Уголь Украины. - 1989'. - N0 5. - С. 37-38.

20. Потураев В. а , Минеев С. П. Применение виброволновоп обработки горного'массива для повышения эффективности и безопасности выемки угля //Уголь Украина -1989. -N0 7. - с". 3-5.

21. Алый? в 11 А. .Фридман Г. М. , Минеев С. II Вопросы отработки крутых угольних пластов.склонных к обрушению/Уголь. 1990. ~<"\ ! 1.

22. Минеег о. И Вопроси эффективности гидроудярного р>-?д>;-йотмы на горний массив '/ Разрушение горних пород при стат1гк-и-- м и динамическом иагруястш. - К.: Наук, думка. 1990. с. 79-»'-I

23. Мине»в с. II. Р-чзруспемость массива при виОроеолнорсм р »;» действии // Деформирование и разрушение горных пород. - Бишкек. : Илим.-1990.-С. 560-566.

24. Мит-'-в С. II •1«1ШЧ'.«,К!1я модель м^хнпи:.'м-1 рат.'чрпчп-- нич и дегазирования массива при виброволновой обработке //Вибрационные и волновые транепертно-технолегичеекпе машины.- Киев: Наук, думка. -1991. -С. ] 4-22.

образования полостей в горном массиве. // Вибрационные и волновые транспортно- технологические машины. - Киев: Наук, думка. -1991. -С. 103-107.

26. Минеев С. П. Вопросы герметизации скважин при нагнетании жидкости в пласт//Техника и технология горного производства. -Киев: Наук, думка.-1992.-С. 62-71. .

27. Минеев С. а , Прусова А. А. Кинетика структурных изменений в зоне опорного давления газонасыщенного угольного пласта. // ФГПРПИ.-1992. - No 2.-С. 53-60.

28. Штураев В. Е , Булат А. Ф. , Минеев С. П. Научно-технические принципы виброволновой и пульсационной обработки выбросоо-пасных пластов. //Уголь Украина - 1992. -No 3: - С. 29-36.

29. Минеев С. П. .Рубинский А. А. .Фридман И. С. Об оптимальной величине опережения лав забоем откаточного штрека//Уголь Украины. -1993. -No 2. -С. 9-10.

30. Потураев Е Е , Минеев С. П. , Прусова А. А. Газодинамическая оценка угольного массива при трехфазном состоянии газа// ФГПРПИ.-1994. - No 1.- С. 81-87.

31. Лях В. В. .Минеев С. П. Математическое моделирование вибровоздействия на газонасыщенный угольный массив // Прикладная математика и механика.-Том 58.-Вып. 1,1994. - С. 69-76.

Авторские свидетельства и патенты:

32. А. С. 1347571 СССР. Способ предотвращения выбросов угля и газа/А. R Зорин, С. П. Минеев, Н А. Ерагин. -Зарег. 22. Об. 87г.

33. А. С. 1390372 СССР. Способ проведения горной выработки вблизи выбросоопасного массива/А. А. Прусова, С. П. Минеев, В. И. Зберовский, С. Я. Машир. -Опубл. 23.04. 88г. Бш. 15.

34. А. С. 1479679 СССР. Способ гидравлического воздействия на массив / В. Н. Штураев, А. Я Волошин, С. II Минеев, Е Е Репецкий, Г. М. Фридман. -Опубл. 15.05.89г. Вш. 18.

35. А. С. 1487578 СССР. Способ отработки угольных пластов /Е Е Потураев, А. Ф. Булат,С. а Минеев, И. П. Демидов. -Зарег. 15.02.89г.

36. А. С. 1501609 СССР. Способ ликвидации завалов очистного за-

боя и устройство для его реализации/в. П. Потураев.С. П. Минеев. В. В. Репецкий.Г. М. Аридман.И. И. Мирошниченко. -Зарег. 15.04.89г.

37. Л. С! 1535993 СССР. Способ разработки газозонасыпршюго пласта/В. И. Потураев и С. П. Минеев. - Опубл. 15. 01. 90г. -Бюл. 2.

38. А. С. 1554465 ССОР. Способ управления состоянием горного массива и устройство для его осуществления /В. П. Потурив, Ю. Я. Ободан, И. И. Круш, П. П. Минхер. А. А. Взоров, В. А. Ленда. А. Г. Птарнкорс-кий.В. В. Усач»в. -Змр^г. 01. 12. Р9г.

39. А. С. 1606713 СССР. Способ снижения выбросоопасности угольного пласт.ч/В. II Потураев. А. Г. '^ррон^нко.'Л П. №«ге«р. !1 Л. АлиК'В. а И Мысик. -Опубл. 15. 11. 90г. Бюл. 42.

40. А. С. 161Р9! 5 СССР. Способ отработки крутого вибр^соопюного угольного пласта/В. II Потураев. А. И. Волошин.С. П. Минеев. А. А. . Пру-сова.В. Я Рудой,К. И. Комов. -Опубл. 30.11.90г. Бюл. 44.

41. А. С. 1610047.СССР. Способ предотвращения выбросов/В.^! Потураев, С. П. Минеев. А. Г. Червоненко.А. И. Волошин. -Опубл. 30.11. 90. Бюл. 44,

42. А. С. 1621615 СССР. Способ ликвидации последгазодинамических явлений / В. II Потураев,С. П. Минеев, А. И. Волошин, О. П. Мирончак, А. М. Ковтун, А. Р. Исютин. -Зарег. И. 02. 91.

43. А. С. 1627700 СССР. Способ перехода полости от газодинамического явления/ В. Н. Потураев, С. П. Минеев. А. А. Рубинский. А. Г. Исютин. В. А. Стаценко. -Опубл. 15. 02. 91г. Бюл. 6.

44. А. С. 1634786 СССР. Способ перехода полостей газодинамических явлений/В. Н. Потураев. Л. А. Вайнштейн. С. П. Минеев, А. Л. Рубинский. -Опубл. 15. 03:91г. Бюл. 10.

45. А. С. 1652562 СССР. Способ управления кровлей на выбросоо-пасных пластах/Е Н.Потураев,С.П.Минеев,Л. А.Вайнштейн, ВС. Ба-бенко, А. А. Рубинский. -Опубл. 30. 05. 91г. Еюл. 20.

46. А. С. 1659659 СССР. Способ перс-сечения выбросоопасного пласта горной выработкой/ С. П. Минеев, Ю. Т. Хорунжий, А. А. Рубинский, И. С. Фридман. -Опубл. 30. 06. 91г. Еюл. 24.

л-7. А. С. 1700261 ссор. Способ вскрытия рыбрососпасного пласта • '! ■ Н. Пот у рае р. С. II. Минеев. ¡0. Т. Хорунжий, В. В. |*>п»икий. Г. М. Фрид-

ман,И. G. Фридман. -Опубл. 23.12.91г. Бюл. 4V. 4В. А. С. 1714161 СССР. Устройство для гидроимпульсного воздействия на горный массив. /В. Е Потураев, С. П. Минеев, И. И. Балин-ченко, Л. Ф. Горягин. -Опубл. 23.02.92г. Бюл. 7.

49. А. С. 1749609 СССР. Устройство для гидравлической обработки массива через скважины. / В. Е Потураев, С. П. Минеев, Н. А. Друлов, II. IL Иноземцева. -Опубл. 92г. Бол. 27. •

50. А. С. 1751358 СССР. Устройсто для создания пульсирующего потока жидкости, нагнетаемой в пласт./И. Ф. Чемерис,Е П. Кухаренко, Г. А. Крюков,С. П. Минеев. - Опубл. 30.07.92г. Бюл. 28.

51. А. С. 1757269 СССР. Способ подготовки к ведению горных работ на выбросоопасных пластах./И. С. Фридман,Л. А. Вайнштейн,С. П Минеев, A. JQ, Агафонов. -Зарег. 22. 04. 92г.

52. А. С. 1793063, СССР. Способ вибрационноскважшгаого воздействия на массив для снижения выбросоопасности. /С. П. Минеев. -Опубл. 07.02. 93г. Бюл. 5.

53. А. С. 1798524,СССР. Способ вибрационноскважинного воздействия на массив для снижения выбросоопасности. /С. П. Минеев. -Опубл. 28. 02. 93г. Бш. 8.

54. А. С. 1822993 СССР. Скважинный источник колебаний. / Е Е Потураев, А. А. Елагута, С. П. Минеев. -Опубл. 23.06.93г, Бюл. 23. .

55. А. С. 1837673j СССР. Устройство для пульсирующего дегазирования пласта. /В. Е Потураев,С. П. Минеев, И. С. Фридман, И. А. Гринько, А. А. Благута. -Зарег. 13.10.92.

56. Патент РФ 2014466. Способ пульсирующего дегазирования при-контурной части выбросоопасного пласта. /С. П. Минеев, И. С. Фридман, А. А. Лрусова. -Зарег. 15.06.94.

57. Свидетельство РФ на товарный знак 119645. Зарег.-2.08.94г.

58. Патент РФ 2015346.Устройство герметизации нагнетательных скважин/С. Е Минеев. -Зарег. 30.06.94-Бюл. 12.

59. Патент РФ 2042814. Способ перехода полостей газодинамических явлений/С. П. Минеев, А. А. Рубинский, А. Г. Истин, А. Я Удовика. -Зарег. 27. 05. 95 г.-Бюл. 24. '>. ./••-

- 35 -Annotation

Mineev S. P. The scientific fundamantals of the use of the wave and pulsation effects upon for the reduction of gas-dynamic ' activity of the coal.

PH. Doctjr's thesis (manuscript) on the special ity: 05.15.11-Physic processis in mining and 05.15. 02-Underground mining of the mineral resources. Institute of the Geotechnical Mechanics of Ukraine Academy of Sciences,Dnepropetrovsk,1996.

The regularities of wave and pulsation effects in the rock mass have been determined to control the seam gas dynamic activity and gas captation. The effective parameters of the vibration coercion upon the rock mass have been estimated, reflected in 3 monograpts, 65 printed scientific works and 4R author's certificates for invention. The methods and means of such coercion have been elaborated, tested and introduced in, the standardization documents have been given.

Аннотация

Минеев С. П. Научные основы использования волновых и пульсацион-ных эффектов для снижения газодинамической активности угольных пластов.

Дис-я на соиск. уч. степени д-ра техн. наук по специальностям: 05. 15. 11-Физические процессы горного производства и 05.15.02-Подземная- разработка месторождений полезных искппаемых. Ин-т геотехнической механики НАН Украины. Днепропетровск,1996.

Определены закономерности реализации в горном массиве волновых и пульсацнонш.'х эффектом для управления газодинамической активностью пласта и каптажем газа. Установлены эффективные параметры Еибровоздействия на горный массив,отраженные в 3 мо-H-.M'p'-iiH.i::,печатных работах и 48 изобретениях. Разработаны, ¡г ¡н.'тчш; и рн<?др"Ш4 спосоен и средства их реализации,даны нормативные документы.

Кликш слова: шахта, вупльний пласт,хвильов! 1 пульсац1йн1 -'L ;;■;';!.:-i:-->,ин'чмнчм'! ikthbii: ''т.1. мт?!1ву. г'пооели. ci '.'-pat'ip