автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Обоснование параметров зон защиты при залегании известняка в породах междупластья крутых выбросоопасных пластов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГБ ОД

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗОН ЗАЩИТЫ ПРИ ЗАЛЕГАНИИ ИЗВЕСТНЯКА В ПОРОДАХ МЕЖДУ-ПЛАСТЬЯ КРУТЫХ ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.26.01 - Охрана труда

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата техшгческих наук

Донецк - 1999

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете Министерства образования Украины Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Николин Виктор Игнатьевич, заведующий кафедрой охраны труда Донецкого государственного технического университета

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зорин Андрей Никитович, заведующий отделом управления динамическими проявлениями горного давления института геотехнической механики (ИГТМ) НАН Украины; кандидат технических наук Лунев Сергей Георгиевич, начальник Донецкого территориального управления Государственного комитета Украины по надзору за охраной труда Ведущее предприятие:

Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности, отдел по борьбе с внезапными выбросами угля, породы и газа Минуглепрома Украины

. о -»

Защита состоится СМ. У- ■ 1999г. в 12 часов на заседании специализированного учено

совета Д11.052.05 в Донецком государственном техническом университете по адресу: 340000. Украина, г. Донецк, ул. Артема, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДонГГУ (340000, г. Донецк ул. Артема, 58, II уч. корп.)

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор

Н. Р. Шевцов

11161.11,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время, как и в течение более чем пятидесяти зедыдущих лет, всеми специалистами-исследователями, производственниками зрвоочередная отработка защитных пластов считается наиболее эффективным способом эедотвращения внезапных выбросов угля и газа.

При соблюдении параметров способа после 1958г. (на условно втором временном апе) происходит несколько выбросов. МакИИИ (проф.Бобров И.В. и др.) ¿сказывается предположение, что внезапные выбросы угля и газа могут в редких гучаях происход1ггь при междупластьи меньшем нормативного, если в нем находятся потные крепкие нетрещиноватые обводненные породы». Смысл и содержание этой тегории пород остается нераскрытым, а газодинамические явления (ГДЯ) при юлюдении нормативных параметров мощности пород междупластья становятся совсем : единичными.

Крепкие нетрещиноватые обводненные породы к девяностым годам в )рмативных документах трансформировались в процентное содержание песчаников, ■смотря на то что в публикациях МакНИИ доказывалось отсутствие их влияния на >фект защиты. Влияние состава пород междупластья, особенно содержания в нем слоев вестняка, на размеры зон защиты изучалось совершенно недостаточно. Общее число :езапных выбросов, обрушений (ГДЯ), происшедших при применении способа, ставило к 1995г. около 50. Следовательно, тема работы актуальна.

Работа связана с многолетней производственной деятельностью автора при зработке крутых выбросоопасных пластов, она совпадает с направленностью НИР федры охраны труда ДонГТУ.

Целью работа является изучение влияния содержания известняка в составе пород ждупластья на эффективность устранения выбросоопасности при первоочередной работке крутого пласта.

Идея работы основана на известном положении о том, что реальный осадочный гтеноспый массив является не монолитным, а слоистым телом, породы каждого из редующихся слоев которого обладают существенно различными деформационными ойствами при их разгрузке.

Высказывается гипотеза, что наличие в междупластьях не мощных слоев прочных счаников, а ограниченной мощности слоев известняков, представлявших собой очень

пластичные в горном массиве породы, может препятствовать как процессу разгру: так и дегазации, без которой устранение выбросоопасности невозможно.

Для достижения цели исследования решаются следующие научные задачи:

- установление наличия в составе пород междупластий известняка по дата публикаций и карточек расследования специальными комиссиями газодинамичес явлений, происшедших после первоочередной отработки защитных пластов нормативными параметрами;

- изучение влияния находящихся в составе пород междупластья слоев извести на уменьшение давления газов, измеренного в защищаемом выбросоопасг шахтопласте, и зависимости последнего от природной газоносности;

- экспериментальное (в лабораторных условиях) исследование особенное-свойств известняков, формирующих экранирующий эффект их слоев;

- экспериментальное (в шахтных условиях) изучение процессов, происходяи после отработки защитного пласта в осадочном массиве, содержащем слой (сл< известняка, с целью подтверждения для таких случаев критерия эффективности защить

При их решении используется комплексный метод, включающий анализ опь разработки выбросоопасных крутых пластов под защитой и изучение по материал расследований специальными комиссиями особенностей происшедших при эт газодинамических явлений; лабораторные и шахтные эксперименты; обработ результатов измерений методами математической статистики.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна заключаются следующем:

доказано, что наличие в междупластьи слоев известняков да; ограниченной мощности (не менее 0, 3 м), расположенных на определенных расстояни от защитных пластов, может обусловить экранирующий эффект, при котором сл( известняка предотвратит разгрузку и дегазацию выбросоопасных пласто расположенных над - или под защитными;

обоснован для случаев наличия в породах междупластья слоев известия] показатель эффективности защиты К3, являющийся отношением расстояния от слс известняка до защитного пласта к мощности последнего. Его физический смысл отража< сущность процессов, происходящих в массиве при разгрузке, и заключается в том, чт чем ближе известняк к защитному пласту и чем больше мощность защитного пласта, те

пыле вероятность устранения выбросоопасности. Критериальным значением казателя является величина К3 < 9,0;

экспериментально установлено, что в течение примерно восьми месяцев '3-282 сут) после извлечения проб известняка из массива не обнаруживается изменение » прочностных и деформационных свойств: микротвердости и скорости прохождения »тразвуковых волн. Но одновременно впервые надежно измерен рост в 2 раза скорости >хождения ультразвуковых волн при увеличении частоты их колебаний с 25 до 150 I и уменьшение во времени прочностной и деформационной неоднородности, разившееся в уменьшении коэффициентов вариации в среднем примерно в 2 раза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций ггверждается совпадением мест, где произошли внезапные выбросы угля и газа из-за ффективности защиты, фактическому наличию в породах междупластий известняков; ктическим отсутствием сшвкеиия давления газов в выбросоопасных пластах после аботки защитных пластов, если в междупластьи есть слой известняка. Применением одов математической статистики при обработке результатов экспериментов, ускающим относительную погрешность не более 10% при обеспечении надежности ^льтатов более 90%; значитёльным объемом (около 2 тыс.) и продолжительностью тее года) выполнения экспериментальных измерений.

Научное и практическое значение работы: научное значение работы состоит в том, впервые доказано отсутствие эффекта разгрузки и дегазации выбросоопасного пласта не отработки защитного, если в породах междугшастъя на определенном расстоянии защитного пласта залегает слой известняка, характеризующийся особыми этическими свойствами;

практическое значение работы состоит в том, что комиссии, определяющие годно в соответствии с п. 1.2.5 «Инструкции по безопасному ведению горных работ щастах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа» перечень и порядок [ботки защитных шахтогагастов, исключат из их числа те пласты, над или под >рыми залегают известняки и К3 > 9,0. Таким образом будут предотвращаться аварии, )бные тем, которые имели место прежде «из-за неэффективности защиты», т.е. из-за гания экранирующего эффекта присутствия в породах междупластий слоев стняка.

Реализация работы. Положение об использовании критерия защищенности

принято МакНИИ. Центральная комиссия Минуглепрома Украины по бopьí газодинамическими явлениями рассмотрела это положение как обоснованное впервы

В соответствии с совместным приказом Управления Госнадзорохрантруд; Донецкой области и шахты им. Гаевого № 483 от 23.12.98г. пласты Тонкий и Толсты гор. 975м, где в междулластьи залегает слой известняка и К3 = 27,5, разрабатываются одиночные.

Результаты работы используются в учебном процессе: при чтении лекцш дисциплине «Проблемы безопасной разработки выбросоопасных пластов».

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты исследовг докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Пути разв! горноспасательного дела» (октябрь 1997р., Донецк); на научно-технических сов< производственного объединения Артемутоль и МакНИИ (1998-99г.г.); на заседа Центральной комиссии Минуглепрома Украины по борьбе с газодинамическ явлениями (март 1999г.).

Публикации. Основные положения исследования опубликованы в четырех стат

Объем и структура работы. Диссертация состоит го введения, трех гла заключения. Она содеря&т 102 страницы, в числе которых 88 стр. машинописного тек 14 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 67 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Параметры защиты в настоящее время рассчитываются в соответствии «Инструкцией по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапн выбросам угля, породы и газа» издания 1989г., являющейся приложением к раздел; главы 2 ПБ. Размер защищенной зоны в кровлю (почву) уменьшается пр* пропорционально процентному содержанию (г|) в междулластьи песчаников.

Рассмотрение междупластья как породного массива, содержащего какой процент песчаников, относится к необоснованным упрощениям (глава I), не отражают склонность к деформациям обратной ползучести всех этих разновидностей пород г разгрузке.

До конца пятидесятых - начала шестидесятых годов исследование эффективное

рвоочередной отработки защитных пластов для устранения выбросоопасности цищаемых (далее для краткости способа) выполняли, главным образом, МакНИИ, в кыпей степени ИГД АН УССР и ИГД им. Скочннского, ДЛИ: И.В. Бобров, P.M. ичевский, Н.А. Зайцев, И.П. Браилко, J1.H. Карагодин, М.Я. Рапопорт, Д.В. Дорохов, И. Божко и др.

Затем головным в отрасли по способу становится ВНИМИ: В.В. Тетеревенхов, VI. Петухов, И.А.Новичихин и др. Определенный вклад в изучение механизма цитного действия внесли специалисты, использующие надработку для сохранения гойчивости подготовительных выработок: М.П. Зборщик, В.В. Назимко и др.

Анализ опубликованных работ, сделанный в I.I, приводит к вполне очевидному лючению о том, что влияние состава пород междупластья, особенно содержания ¡сстняка, на эффективность способа практически не изучалось.

Только иногда назывались отдельные случаи выбросов, происходивших при работке защищенных выбросоопасных пластов при междупластъи меньшем или цественно меньшем нормативного. Значительно большее их число расследовалось :циальными комиссиями, сведения о которых не публиковались и акты которых :одятся в фондах угольных шахт и МакНИИ.

В пятидесятые - шестидесятые годы в Украине господствовало мнение о том, что ление газов угольного пласта является одной из основных сил, приводящих к эросам. Такой взгляд обусловил проведение МакНИИ экспериментов по измерению ления газов -Р„ атм. в выбросоопасных пластах и изменению его при отработке ситных пластов. Мнение о том, что разработка защитных пластов сопровождается жением давления газов выбросоопасных пластов подтверждалось не во всех случаях, гавалось неисследованным и неустановленным, какое снижение давления газов яется необходимым дая устранения выбросоопасности и как оно взаимосвязано с родной газоносностью пласта, X, м3/т.с.б.м.

Особые свойства слоев известняков в осадочном массиве угольных месторождений [басса изучались почти исключительно с позиций технологического характера: юра способа управления кровлей для горно-геологических условий, в которых породы осредственной кровли представлены известняками.

Особенности свойств известняка, обусловливающие после разгрузки в течение должительного периода времени предотвращение уменьшения напряженности, не

изучалось..

Таким образом, в соответствии с изложенным задачи исследова формулируются как:

установление наличия (или отсутствия) в междупластьи слоев извести, когда ГДЯ произошли при соблюдении параметров способа;

изучение влияния слоев известняка, залегающих в породах междуплас на уменьшение давления газов выбросоопасных пластов при отработке защитных и с£ давления газа с природной газоносностью;

экспериментальное изучение а) особенностей свойств извести; формирующих экранирующий эффект их слоев; б) процессов, происходящих осадочном' массиве после отработки защитных пластов, если в междупластьи залег: известняки.

В главе 2 анализируется уникальный с позиций оценки эффективности спос выброс, происшедший при выемке угля в лаве пласта к3в

Дерезовка-восток гор.631м на ш. им. Гаевого (ПО Артемуголь) 07.08.68г. (рис.1 во время которого погибло 5 горнорабочих. Пласт разрабатывался под двойной зашит надрабатывался лавой пласта к4. Рудный мощностью 0,75м и подрабатывался ла! пласта кг Уманский мощностью 0,67 м. По заключению комиссии, расследовави аварию, «кутки» 4-го и 5-го уступов, в которых предполагалось возникновение выброс находились в защищенной зоне» (участок лавы У на рис. 1,6). Междупластье Дерезов Рудный содержит известняк мощностью 1,6 м, Дсрезовка-У маис кий известняк мощностью 0,3 м, в непосредственной кровле пласта Рудный залегает известняк мощностью 1м (рис.1,а).

Во время выемки угля в откаточном штреке пласта гпз Толстый шахты № 3 (I Орджоникндзеуголь), разрабатывавшегося под защитой пласта т;0 Песчанка, 26.10.7' произошел внезапный выброс угля и газа (рис.2,а), во время которого погибло трудящихся. В междупластьи находилось два слоя известняка, непосредственная кров Песчанки представлена известняком мощностью 0,9 м (рис.2,6).

В фондах МакНИИ находится 10 актов расследования ГДЯ, происшедших на ш.и Гаевого в течение 1959-62г.г. при разработке пласта 14" Девятка под зашитой плас Соленый, три из которых квалифицированы как обрушение.

При аналогичном порядке разработки этой пары пластов на ш.им. К.Маркса

¡ыброс 07.08.68г. в лаве пласта К3" Дерезовка-восток гор. 631м шахты им. Гаевого: Jal, №2 и №3 - номера уступов; 1 и 2 - линии защиты от подработки и надработки; í,4 - предполагаемые полости соответственно образованные выбросом и обрушением; ' - участок двойной защиты; 5 - структурные колонки междупластий

А-А

!ыброс 26.10.74г. в откаточном штреке пласта пт, Толстый гор. 440м шахты № 3: и 2 - откаточные штреки пластов Толстый и Песчанка гор. 440м; I - предполагаемая полость, образованная выбросом; • - структурная колонка междупластья.

ноябре 1971г. произошло 3 выброса, на ш. «Ольховатская» - два выброса: 28.10.! и 02.04.88 (погибло 4 трудящихся) и т.д.

Анализ состава пород междупластий названных и других ГДЯ привел к выво,л что все они произошли при междулластьи меньшем нормативного, но обязательно п] наличии в нем слоев известняка.

Некоторыми учеными (докторами В.Е. Забигайло, В.И. Николиным и щ утверждалось, что в природе давления газов в выбросоопасных пластах нет предполагалось, что величины давления газов в угольном пласте и природнс газоносности являются взаимосвязанными и что чем выше X, тем больше измеряется F т.е. Pr=f(X). По данным ранее выполненных МакНИИ измерений этих величин помощью методов математической статистики получили для них статистическу зависимость. Она с учетом физической сущности, понимания того, что остаточш газоносность не участвует в создании давления газов и при 8ху= ±2,86, может бьп оценена как достаточно надежная:

Рг= 12,3 + 0,8Х . (I)

Зависимость (I) позволила Рг характеризовать как показатель, отражающий один и трех факторов, формирующих в совокупности по акад. A.A. Скочинском; потенциальную выбросоопасность.

Анализ результатов всех ранее выполненных МакНИИ в пятнадцап выбросоопасных шахтопластах измерений Рг и их изменений при отработке защитны: пластов позволил констатировать, что 6 из них относятся к случаям, когда мощности междупластья не превышала 20 м. Снижение давления газов составило 100%; 96%; 99% 93%; 100% и 91%.

Полученные результаты позволяют утверждать, что при междупластьях, н< превышающих 15 м, защита эффективна независимо от того, какими реально дш Донбасса породами, в том числе слоями известняка оно сложено. На основант представления о том, что эффект устранения выбросоопасности обусловливается способностью пород междупластья при разгрузке к деформациям обратной ползучести для случаев наличия в междулластьи слоев известняков предложено понятие показателя

фективности защиты:

ми.

К,-

(2)

т.

; Ми, - расстояние от слоя известняка до защитного пласта ( м ), ш, - мощность последнего ( м ).

Его физическая сущность заключается в том, что чем ближе известняк к дитному пласту и чем больше мощность защитного пласта, тем меньше К, и тем льше вероятность устранения выбросоопасности.

Все случаи ранее выполненных измерений Рг, когда междупластье было не менее м, представлены в таблице. В ней содержатся не только уточненные сведения о сстоянии до защитного пласта от слоя известняка, но и результаты расчетов критерия лишенности по (2).

Таблица

К обоснованию критерия защищенности К,

Шахта, выбросоопасный Защит- Между- Расстояние Крите- Сниж-

пласт ный пластье от слоя рий ение

пласт известняка эффек- давле-

до защит- тив- ния

ного ности газов,

пласта, м защиты ДРГ, %

Подработка

«Кочегарка», гп3 ш2 30 19,6 36,3 6

Им. Гаевого, т5 ш4н 25 6,3 8,6 98

Им. Гаевого, Шз ггь 28-31 16,7 25,2 78

«Красный профинтерн», к3 к2 45 24,6 41,0 75

Надработка

«Кочегарка», 13 1 н Ц 30 - - 87

Им. Гаевого, гг>| т2 42 22.6 ■ 37,7 57

«Кочегарка», 14и 15 60 30,5 61,0 6

Им. Дзержинского, 1б Ь 72 68,0 85,0 83

Им. Артема, ш( 52 48,2 83,8 77

В таблице для случая 1 К3 = 36,3. Можно полагать, что роль экрана с известняка привела к тому, что давление газов практически не изменилось: уменыпе всего на 6%. Такое же незначительное уменьшение давления газов было измерено случае 7.

Из данных таблицы следует, что только в случае № 2 имело место пс стопроцентное снижение давления газов, а К3 = 8,6. Принципиально вполне возможно округление его до 9,0, так и вывод о том, что устранение выбросоопасности отработке защитных пластов, если в междупластьи есть слой известняков, реально пр! < 9,0. В качестве своеобразной «промышленной проверки» надежности критерия К, < может быть представлен результат его расчета по (2) для выбросов, происшедших шахтах им. Гаевого (рис.1) и№ 3 (рнс.2).

Для первого выброса при надработке К3 = 19,7, при подработке К3 = 22,9. , второго выброса по ближайшему и более удаленному от защитного пласта сл< известняка получили К3 = 15 и К3 = 35.

Следовательно, для обоих выбросов минимальные значения критерия заду превосходили критическое в 2,2 и 1,7 раза.

Экспериментальное исследование сущности экранирования слоем извести процесса устранения выбросоопасности при отработке защитных пластов (глава производилось в лабораторных и шахтных условиях.

В лаборатории измерения деформационных и прочностных свойств извести выполнялись по пробам породы, полученным при бурении керновой скважины полевого штрека пласта Тонкий гор.975 м шахты им. Гаевого на пласт Толстый междупластьи которых залегает слой известняка.

Методическое своеобразие испытаний заключалось в том, что пршщипиалы значение придавалось не абсолютным значениям свойств породы, а изменениям их времени после извлечения пробы из массива.

Измерялась скорость прохождения ультразвуковых волн и микротвердо< известняка. Измерения выполнялись сразу же после изготовления образцов, а зат последовательно через определенные промежутки времени, например, 5, 10, 15, 30 и л суток.

Измерения скорости прохождения ультразвуковых волн производились по дв методикам, двумя различными приборами (УКБ-1м и ДонГТУ).

При выборе числа испытаний (образцов) - планировании эксперимента использовали подход, содержащийся в Государственных стандартах СССР на методы определения свойств горных пород. В части из них содержатся рекомендации по определению надежности и погрешности результатов испытаний, уточнению необходимого числа п образцов.

ГОСТ 21153.8-88 на метод определения предела прочности при объемном сжатии содержит требования не только к массовым, но и к сравнительным испытаниям. Для них он допускает испытания не менее четырех образцов при условии обеспечения надежности результатов а > 90% и относительной максимальной погрешности с < 10%, которое и было принято.

В каждом цикле экспериментов производились испытания на тридцати образцах, что с запасом обеспечивает высокую надежность результатов. Скорость прохождения продольных и поперечных ультразвуковых волн измерялась в течение 233 суток. Выполнено 16 циклов испытаний, по результатам которых определена скорость прохождения продольной ( Vnp, м/с) и поперечной ( VnoD, м/с) волн Рассчитали как средние значения названных величин, так и коэффициенты вариации Кв, %, обычно использующиеся в математической статистике как относительные показатели для характеристики колеблемости признака.

При выполнении данного исследования рассмотрению коэффициентов вариации придается двоякий смысл. Во-первых, он характеризует точность измерений. Во-вторых, он зависит от степени неоднородности известняка, проявляющуюся в том, что от образца к образцу любое свойство горной породы не неизмешю, хотя методика измерений остается той же.' Следовательно, при сохранении идентичности методики измерений увеличение или уменьшение коэффициента вариации будет свидетельствовать о росте или снижении неоднородности породы.

Анализ экспериментальных данных позволяет, во-первых, утверждать их вполне достаточную надежность.

Во-вторых, скорости прохождения ультразвуковых волн в образцах известняка не изменяются в течение почти восьми месяцев: различие величин в отдельных экспериментальных циклах оказывается в пределах точности измерений.

Увеличение частоты колебаний ультразвуковых волн с 25 до 150 кГц сопровождается увеличением скорости прохождения их в образцах известняка почти в 2

раза. Такой результат является новым, ибо акад. Ржевский В.В. утверждал: «Скорост распространения упругих волн в горных породах... практически не зависит от частоты, это позволяет использовать для исследований любые частоты колебаний».

Более того, при частоте колебаний 150 кГц в 3,1 раза уменьшился коэффицись вариации. В целом этот факт, учитывая очень резкое уменьшение К„, можно объяснит тем, что увеличение частоты колебаний привело не только к увеличению скорост прохождения ультразвуковых волн в известняке, но и «сделало» его как бы мене неоднородным для прохождения этих волн. В данном случае неоднородность може трактоваться как устранение необходимости «обходить» микроучастки наиболе сложные для упругих волн невысокой частоты, составляющей 25 кГц, при достижени частоты колебаний примерно 100 кГц и более.

Общее количество измерений (1104) значительно, а диапазонов изменения часто колебаний всего три, что, конечно, недостаточно для установления зависимости V=fij] Полученные результаты не только подтверждают мысль о наличии такой зависимости, в и позволяют предполагать ее вид: до примерно 100 кГц это прямая пропорциональность которая в дальнейшем по мере увеличения частоты колебаний приводит к мене! интенсивному росту скорости прохождения ультразвука.

Само по себе увеличение скорости прохождения волн и уменьшение неоднородности по отношению к прохождению ультразвуковых волн частотой более 2' кГц нами обнаружено для известняка впервые и может заслуживать специальной исследования. С позиций решаемых задач оно может рассматриваться, по нашем} мнению, как своеобразное подтверждение особых свойств известняка, обусловливающие при разгрузке «структурную перестройку», приводящую к снижению неоднородность упругих деформационных свойств и плотности отдельных микроучастков известняка к способствующих эффекту экранирования.

Необходимость исследовать изменение во времени прочности известняка привела к измерению микротвердости по методике ДонГТУ, основанной на методе восстановленного отпечатка, широко используемого в металлургической промышленности согласно ГОСТ-9450-76.

Микротвердость определялась прибором ПМТ-3. В каждой серии испытаний производилось 10 измерений, всего в пятнадцати циклах 147 измерений в течение почти десяти месяцев (282 сут). Испытаниям предшествовало уточнение числа измерений

.ротаердости, которые бы удовлетворяли ранее сформулированному положению о а, что должна обеспечиваться надежность результатов а > 90% и относительная гениальная погрешность е < 10%.

Для измерений микротвердости перпендикулярной наслоению при среднем К, = % вполне достаточным оказалось 7 измерений. Именно по этим результатам в сьнейшем оценивали изменение микротвердости во времени. Производилось оно следовательно по отдельным циклам испытаний, разница во времени между которыми тавляет 7-11-16-8 ...суток. Сделан вывод об отсутствии изменений.

В целом результаты лабораторных испытаний позволяют заключить, что (чностные и деформационные свойства известняка во времени после разгрузки не [еняются.

Натурный эксперимент выполнен на гор.975 м ш.им. Гаевого. Своеобразие овий, в которых проводился опыт, заключается в том, что над пластом Тонкий до естняка залегает прослой угля мощностью около 0,3 м, после него известняк, еще и прослой угля примерно такой же мощности и пласт Толстый мощностью 0,7 м. жно было предполагать, что разработка пласта Тонкий должна привести к разгрузке вого угольного прослоя, а значит, и к увеличению скорости газовыделения. Но при и не должна произойти разгрузка и увеличение скорости газовыделения из второго слоя и пласта Толстый, расположенных над слоем известняка.

Из полевого штрека пласта Тонкий на пласт Толстый была пробурена ерительная скважина, в которой загерметизирована песчано-глинистой смесью эка. Угол наклона скважины рассчитывался с учетом того, что в нижней части пласта гор.975 м оставался его участок длиной 24 м, на котором находилась незащищенная 1.

Скорость газовыделения, измеренная прибором ПГ-2МА через 6 часов после ччания бурения скважины, составила 0,2 л/мин. Обращаем внимание не только на ысокое значение скорости газовыделения, но и на то, что оно было суммарным для с угольных прослоев и пласта Толстый, перебуренных скважиной. Еще через 2-3 ж она снизилась до нулевой и не возрастала, пока расстояние от скважины до лавы :та Тонкий не достигло 12,7 м. Затем она медленно в течение 73 суток возрастала до гшны 1,7 л/мин, после чего началось снижение скорости газовыделения. Она стала :вой примерно через 67сут.

Незначительное и «разовое» увеличение скорости газовыделения позвол утверждать, что пласт Толстый при подработке его лавой пласта Тонкий не б разгружен из-за присутствия в междупластьи слоя известняка.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При решении задач работы изучено: - по актам расследований ГДЯ наличие слс известняка в породах междупластья, когда при соблюдении нормативных параметр способа происходили внезапные выбросы угля и газа; - зависимость снижения давлен газов выбросоопасных пластов от состава пород междупластья при под - и надработке защитными пластами; - изменение скорости прохождения ультразвуковых волн че[ образцы известняка в течение примерно восьми месяцев, в том числе при увеличен частоты колебаний от 25 до 150 кГц; - изменение микротвердости известняка в течей почти 10 мес.; - влияние подработки пласта Толстый пластом Тонкий на гор.975 м шах им. Гаевого на устранение выбросоопасности (более года).

Результаты исследования позволили впервые сделать следующие основш выводы.

1. Во всех рассмотренных случаях официально расследовавших газодинамических явлений, происшедших при разработке выбросоопасных пластов п защитой, в породах междупластий залегали слои (слой) известняков мощностью не мен 0,3 м, находившиеся на различных, нередко значительных расстояниях от защитно пласта. Диапазон их изменения составил 16-38 м.

2. При междупластьи М < 15 м эффект устранения выбросоопасности пос. отработки защитных пластов подтверждается, даже если в междупластьи при реальнс для условий ЦРД чередовании слоев пород находится известняк.

3. Для междупластий, превышающих 15 м, определено численное значен] критерия защищенности выбросоопасного пласта, составляющего К3 < 9,0. Е: обоснованность подтверждена не только экспериментально, но и данными происшедших ранее выбросах при «неэффективной защите». Во всех таких случае критерий защищенности оказывался больше или существенно больше его предельно! (критериального) значения.

4. Не обнаружено изменение скорости прохождения ультразвуковых волн образцах известняка в течение почти восьми месяцев.

5. Экспериментально в лабораторных условиях для образцов известняка вполне дежно установлен рост в 2 раза скорости прохождения ультразвуковых волн при еличении частоты их колебаний с 25 до 150кГц и уменьшение во времени формационной неоднородности, являющихся следствием неупругого, неразрывного формирования. Полагается заслуживающим внимания в дальнейшем более публенное исследование этих процессов.

6. Измерения микротвердости образцов известняка, выполнявшиеся около десяти сяцев (282 суток), доказали, что микротвердость не изменилась, но прочностная однородность известняка, если оценивать ее по изменению коэффициента вариации, еныиилась более чем в 2 раза.

7. Натурный эксперимент, выполненный в 1997-1999г.г. на гор.975м им. Гаевого, подтвердил, что присутствие слоя известняка в породах междупластья и первоочередной отработке защитного пласта, если К3 > 9, обусловливает )анирующий эффект - предотвращает разгрузку и дегазацию защищаемого пласта и не граняет его выбросоопасность.

Положение об использовании критерия К, для оценки эффективности звоочередной отработки защитных пластов, если в междупластьи содержится слой юстняка, принято МакНИИ, рассмотрено как обоснованное впервые Центральной гассией Минуглепрома Украины по борьбе с газодинамическими явлениями.

В соответствии с совместным приказом Управления Госнадзорохрантруда по иецкой обл. и шахты им. Гаевого № 483 от 23.12.98г.пласты Тонкий и Толстый на |.975м, где в междупластьи залегает слой известняка и К3 = 27,5, разрабатываются как точные.

Результаты работы используются в учебном процессе: при чтении лекций по циплине «Проблемы безопасной разработки выбросоопасных пластов».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Николин В.И., Агафонов A.B., Гончаров А.Д. Влияние состава пород кдупластья на параметры зон защиты и его классификация //Уголь Украины,- 1998.-[.- С.32-35.

2. Николин В.И., Агафонов A.B., Гончаров А.Д. Экспериментальная оценка яния известняков междупластья на эффективность защиты при подработке и

надработке выбросоопасных пластов //Безопасность труда в промышленности,- 1998.-4.-С.21-23.

3. Николин В.И., Рыжиков A.A., Гончаров А.Д. Экспериментальное исследова физической сущности экранирующего эффекта известняков междупластья i разработке защитных пластов //Известия Донецкого горного института.- 1998.- № 2( С.42-48.

4. Зависимость возникновения выбросов угля и газа от технологии вскрьп пластов полевыми выработками //Подкопаев C.B., Воробьев Е.А., Гончаров А.Д. и //Известия Донецкого горного института.- 1997.-№ I (5).- C.2I-25.

5. Николин В.И., Гончаров А.Д. Уточнение параметров защиты ; предотвращения аварий //Тр. научно-практической конференции по горноспасательно делу,- Донецк: Респиратор.- 1997,- С. 19-20.

Личный вклад соискателя в публикациях

ГУ - установлена приуроченность выбросов, происшедших из-за "неэффективное защиты", к местам залегания в породах междупластий слоев известняка; обоснова достоверность критерия защищенности.

121 - показано практическое отсутствие снижения давления газов выбросоопасш î лов после отработки защитных, если в междупластьях залегают слои известняке обусловливающие экранирующий эффект.

/3/ - установлены на основании экспериментальных измерений три hobi положения: неизменность скорости прохождения ультразвуковых волн и микротвердос известняков во времени; рост скорости прохождения ультразвуковых волн чер известняки при увеличении частоты колебаний от 25 до 150 кГц; уменьшен] прочностной и деформационной неоднородности известняков во времени, составляюще около десяти месяцев.

/4/ - доказана связь обрушений нависающего массива крутых выбросоопаснь пластов семнадцати шахт ЦРД с составом пород междупластий.

/5/ - объяснены присутствием слоев известняка причины неэффективности защит при соблюдении нормативных параметров, впервые предложен критерий защшценносп

АНОТАЦ1Я

Гончаров А. Д. Обгрунтування параметрш зон захисту при заляганш вапняюв в породах м1жпластя крутих викидонебезпечних пластов.

Дисертащя (рукопис) на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук по спещалыюсто 05.26.01 Охорона пращ, ДонГТУ, Донецьк, 1999. Мютить аналггичш 1 експерименталып дослшження, яю дозволили вперше довести, що наявшсть в породах М1жпластя шара вапнякш екранус усунення викидонебезпечносто. Розроблений I випробуваний критерш захищеносто К3, що являс собою вщношення вщсташ вщ шара вапняка до захисного пласта до потужносто останнього.

Положения про використання цього критер!я прийнято МакНД1, розглянуте як обгрунтовано вперше Центральною комтяо Мшвуглепрома УкраТни по боротьб1 з газодинам!чними явищами. Використовуеться в учбовому процесь

Ключов1 слова: викидонебезпека, газодина.\ичш явища, викид вуплля та газу, захисний пласт, параметри захисту, надробка, пщробка, \нжпластя.

АННОТАЦИЯ

Гончаров А. Д. Обоснование параметров зон защиты при залегании известняков в породах междупластья крутых выбросоопасных пластов.

Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - Охрана труда, ДонГТУ, Донецк, 1999. Содержит аналитические и экспериментальные исследования, которые позволили впервые доказать, что наличие в породах междупластья слоя известняков экранирует устранение выбросоопасности. Разработан и апробирован для таких случаев критерий защищенности К3 < 9, представляющий собой отношение расстояния от слоя известняка до защитного пласта к мощности последнего.

Этапность исследования характеризуется следующей последовательностью решений:

оценкой актуальности, основанной на анализе обстоятельств, в которых происходили газодинамические явления при выемке угля в защищенных зонах, и формулированием гипотезы экранирования процесса устранения выбросоопасности при отработке защитных пластов, если в породах междупластья находится слой известняка;

сопоставлением условий, в которых произошли ГДЯ, с наличием в междупластьи слоев известняка, приведшем к выводу об их совпадении;

установлением статистической связи давления газов с природной газоносностью и зависимости снижения давления газов выбросоопасных шахтопластов при отработке защитных пластов от присутствия в междупластьи слоя известняков;

экспериментальной оценкой в лабораторных условиях особенностей изменения во времени прочностных и деформационных свойств известняка;

изучением в шахтных условиях при наличии в породах междупластья слоя известняка процессов, способствующих экранированию разгрузки и дегазации зыбросоопасных пластов.

Основными, впервые разработанными и вынесенными на защиту, являются: - доказательства того, что наличие в междупластьи слоев известняка даже ограниченной мощности (не менее 0,3 м) расположенных на определенных расстояниях )т защитных пластов, может обусловить экранирующий эффект, при котором слой гевестняка предотвратит разгрузку и дегазацию выбросоопасных пластов,

расположенных над и под защитным;

- физический смысл показателя эффективности защиты Кз отражав сущность процессов, происходящих в породах междупластья при разгрузк заключающуюся в том, что чем ближе известняк к защитному пласту и чем болыг мощность защитного пласта, тем реальнее устранение выбросоопасносп Критериальным значением показателя является величина Кз < 9,0;

- экспериментально установлено, что в течение примерно восьми - десят месяцев (233 - 282 суток) после извлечения проб известняка из массива i обнаруживается изменение его прочностных и деформационных свойсп микротвердости и скорости прохождения ультразвуковых волн при увеличении частот их колебаний с 25 до 150 кГц и уменьшение во времени прочностной и деформационно неоднородности, выразившееся в уменьшении коэффициентов вариации в средне примерно в 2 раза. Последний результат по надежности и значимости был настольк очевидным, что послужил основанием для рекомендации выполнения новы: углубленных исследований, направленных на вскрытие природы структурны преобразований известняков, происходящих по мере развития деформаций обратно ползучести.

Результаты, полученные при выполнении работы и относящиеся к обоснована критерия защищенности, приняты в МакНИИ для ежегодного отнесения шахгопластов защитным, а пласты Тонкий и Толстый (восток и запад) на гор. 975м шахты им. Гаевоп в междупластьи которого залегает слой известняка и Кз = 27,5, разрабатываются 1999г. как одиночные.

Основные положения работы используются в учебном процессе: при чтени . лекций в ДонГТУ по дисциплине «Проблемы безопасной разработки выбросоопасны • пластов».

Ключевые слова: выбросоопасность, газодинамические явления, выброс угля газа, защитный пласт, параметры защиты, надработка, подработка, междупластье.

ANNOTATION

Goncharov A. D. The basing of parameters of the protection zones with the bedding < limestone in the rocks of inter-strata of the steep waste-dangerous strata.

The candidate dissertation on technical science - the specialization 05.26.01 - Measuri for protection of labour. - Donetsk, 1999.

It contains the theoretical and experimental surveys, which allow to prove for the fir time that the presence of the stratum of limestone in the rocks of inter-strata screens tl removal of waste-danger. The criterion of protection (Cp) is worked ont and approved, represents the relation between the distance from the stratum of limestone and the protects stratum to the power of the uttermost.

The statute of using this criterion is accepted by MakNII (MakSRI), is regarded i having been based firstly by the Central commission of Minugleprom (Mincoal industry) i Ukrain on the fight against gasodinamic phenomena, is used in the educational process.

The key words are waste-danger, gasodinamic phenomena, throwing ont of coal ar gas, protective stratum the parameters of protection, mineworking, working up, inter-strata.