автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка методов прогноза и способов управления газовыделением при выемке калийных пластов длинными очистными забоями

/Г Б ОД

• /

На правах рукописи

СМИРНЯКОВ Валерий Витальевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОГНОЗА

И СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ВЫЕМКЕ КАЛИЙНЫХ ПЛАСТОВ ДЛИННЫМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ

Специальность 05.26.01 - Охрана труда

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова ( техническом университете).

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники Российской Федера-

ции, доктор технических наук, профессор И.И. Медведев

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор A.C. Кириченко Кандидат технических наук АП. Казаков

Ведущее предприятие: ОАО ВНИИГалургии

Защита диссертации состоится "2/t "йиёаря 199/V. в /3 час. 1S мин. на заседании Диссертационного совета Д.063.15.11 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете ) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия, дом 2, в зале заседаний № 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан "cetncjob 1996 г.

Ученый секретарь ^¡Л^аХу

Диссертационного совета ЧУ" ' —

Д.063.15.11 к. т. н., доц. А.Н. Маковский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На Старобпнском месторождении калийных солеи при переходе от камерно-столбовой к столбовой системе разработки основную роль в формировании газетой обстановки на выемочных участках играет выработанное пространство, на долю которого приходится свыше 90 % от общего количества зафиксированных на рудниках газовыделе-, ннн. Аэродинамическая связь npi ¡забойных участков лаз с обширными выработанными пространствами способствует поступлению горючих г азов повышенной концентрации в рабочие выработки, следствием чего стали взрывы, вспышки и загорания газовоздушных смесей на рудниках ПО «Беларуськалий», приведшие к человеческим жертвам. В то же время традиционные и применяемые на угольных шахтах мероприятия часто не могут быть использованы в калийной промышленности из-за специфики горно-геологических и технических условии.

В связи с этим актуальное значение приобретает проблема создания методов прогноза, а также способов и средств управления газовыделением на калийных рудниках при применении систем разработки с обрушением кровли. Подходы к её решению и исследованию, как для угольных шахт, так и для калийных рудников, отражены в работах А;Т. Апрунн. А.А] Мяс-никова, М.А. Патрушева, Л.А. Пучкоза, ММ. Проскурякова, А.Э. Петросяна, И.И. Медведева, А.Е. Красноштенна, К.З. Ушакова, Ф.С. Клебанова, О.В. Ковалева, В.А. Колмакова, Н.М. Ка-чурипа, Ф.Ф. Пермякова, Г.Д. Поляшшои; И.Г. Матвиенко, A.C. Кириченко, П.В. Долгова, С.Я. Жихарева, А.Н. Земскова, П.Н Мохпрева, С.С. Андрейко, В.А. Смирнова и других ученых. ...... Несмотря на большой объем и определенные успехи исследовании, проблема не получила .разрешения из-за многообразия факторов, влияющих на динамику газовьщелениП,

сложности протекания процессов и специфики условий калийных рудников. Разработка эффективных мероприятий, направленных на борьбу с газовьщелениями, является сложной многоплановой задачей, некоторые аспекты решения которой даны в настоящей работе.

Цель работы - повышение безопасности разработки калийных месторождений системами с полным обрушением кровли на основе создания надежных технологичных методов прогноза и способов управления газовыделением в горные выработки из выработанных пространств.

Идея работы - учет закономерностей распределения газонасыщенных зон в массиве и выделения горючих газов из вы: работанкых пространств при обрушениях основной кровли при проектировании вентиляции и выборе способов управления газовым режимом выработок.

Основные задачи работы:

- определение газового баланса выемочных участков и исследование состава атмосферы выработанных пространств при столбовой системе разработки;

- разработка и апробировать в проговодственных условиях методов прогноза газонасыщенных зон по химическому составу пород и отдельных газовыделений по изменению метеорологических факторов;

- исследование в производственных и лабораторных условиях динамики газовыделений из выработанного пространства при обрушениях основной кровли;

- научное обоснование и разработка методики определений критических параметров обрушения основной кровли по газовому фактору;

- разработка способов управления газовыделениями и мер борьбы с ними при столбовой системе выемки калийных пластов.

Ниучпап попизнп работы заключается в следующем:

- обоснована зависимость частоты газовыделекий от содержания хлорида шппст в породах газонасыщенных зон;

- установлены закономерности формирования газовой обстановки з призпбойном пространстве лав в зависимости от параметров обрушения основной кровли, концентрации горючих газов в выработанном пространстве, объема призабешюй зоны п площади прилетющих выработок.

Основные защищаемые научные положения.

1. Признаком наличия газонасыщенных зон, расположенных неравномерно по площади Старобинского месторождения, служит содержание в породах калийного пласта хлорида магния свыше 0,46 %. .

2. Газовыделение из выработанного пространства возрастает при падении барометрического давления и повышении температуры поступающего в лаву воздуха, при этом существует близкая к линейной зависимость между приращением газовыделения из выработанного пространства, падением барометрического давленил ц темперачурой воздуха. ' '

3. Объем газа, поступающего из выработанного пространства в рабочую зону лав, определяется как функция от параметров обрушения основной кровли, мощности обрушенной непосредственной крозли, площади сечения прилегающих выработок и зависит от конфигурации и последовательности обрушения.

4. Оптимизация по газовому фактору параметров обрушения достигается определением критического шага и ширины основной кровли, а также средней концентрации горючих газов в выработанном пространстве, что обеспечивает нормализацию атмосферы выемочных участков.

Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплексного метода исследования, включающего:

критический анализ научно-технической литературы, аналитические исследования и физическое моделирование, натурные исследования для получения базы данных и проверки теоретических решений. При обработке результатов наблюдений применялись методы математической статистики с использованием электронно-вычислительной техники.

Достоверность научных положении, выводов и рекомендации обеспечивается использованием современных методов исследований, большим объемом рассмотренных фактических материалов и проведенных натурных и лабораторных экспериментов, близкой сходимостью результатов моделирования и теоретических исследований с результатами шахтных наблюдений и подтверждается положительным опытом внедренш предложений автора на рудниках ПО «Беларуськашш».

Практическая значимость работы. В результате вы полненных научных исследований предложены научно обосно ванные технические и технологические решения, применяемы! при столбовой системе разработки калийных пластов:

- на оенрве выявленной зависимости частоты газовьщеле ний -от содержания хлорида магния в породах III калийного пла ста разработан метод прогноза газонасыщенных зон по химиче скому составу пород;

- согласно полученной зависимости приращения газовы деления из выработанного пространства от падешш барометри ческого давления и температуры воздуха разработан метод про гноза газовыделений по метеорологическим факторам;

- в результате установленных закономерностей форми ровання газовой обстановки в призабойной зоне лав разработан методика расчета критических параметров обрушения, на баз которой предложены способы и средства управления газовыде лением из выработанного пространства..

Реализации результате;: работы. На руднике РУ-3 ПО «Беларуеькалпп» использованы методы прогноза, разработанные г» диссертации, при отработке перспективных площадей месторождении. Принятая «Методика расчета газообнль-ности лав...» используется в качестве основы при производстве газовых съемок на рудниках. Материалы, полученные иа основании результатов исследовании, приведенных в работе, учтены при составлении «Правил безопасности при разработке подземным способом соляных месторождении республики Беларусь», а также ((Инструкции по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания рудников», которая вошла в раздел 7 «Нормативных методических документов по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей» (Минск. 1995, -110 с.).

Личный вклад автора:

- анализ паучао-техипческоп литературы и материалов но случаям пповыделепии в калийных рудниках п постановка па основании их обобщения целей и задач исследований;

- проведение натурных наблюдений за газовыделениямн в калийных рудниках ПО «Беларуськалпй» и обработка полученных результатов;

- научное обоснование н разработка методики экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях закономерностей формирования газовой обстановки в рабочей зоне лав;

- разработка методов прогноза и мероприятии по управлению газовыделением на выемочных участках рудников ПО ((Беларуськалпй».

Апробации работы. Основные" положения работы в целом п отдельные её этапы обсуждались и получили одобрение на: научно-техническом семинаре « Совершенствование технологии и обеспечение безопасности горных работ на рудниках

ПО «Беларуськалий» (г. Солигорск, 1987 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы аэрологии калийных^ рудников» ( г. Кунгур, 1989 г. ); Отраслевых научно-технических конференциях «Проблемы безопасной разработки калийньк месторождений» (г. Солигорск, 1988-1990 гг.); Международном симпозиуме по проблемам геологии, горной науки и производства ( г. Санкт-Петербург, 1993 г.); б Всероссийской научно-методической конференции «Безопасность жизнедеятельности человека» ( г. Новочеркасск, 1994 г.,); научно-технических семинарах кафедры рудничной вентиляции и охраны труда СПГГИ (г. Санкт-Петербург, 1987-1996 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них 1 является изобретением, а также в научно-технических отчетах по госбюджетным и хозяйственно-договорным работам.

Автор выражает искреннюю благодарность и признательность научному руководителю - Заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, доктору технических

наук, профессору )И.И. Медведеву! и действительному члену

АГН и АЕН, профессору Ю.В. Шувалову за постоянное методическое и практическое руководство исследованиями, ценные совегы и критические замечания; заведующему сектором аэрологии и пылегазоочистки, к.т.н. А Л. Земскову за всестороннюю помощь в работе; к.т.н. А.Н. Веденину, доценту кафедры РВ и ОТ, а также всем её сотрудникам, оказавшим помощь в проведении исследований. Автор благодарит научных сотрудников ВНИИГалургии и инженерно-технических работников рудников ПО «Беларуськалий» за содействие в проведении лабораторных ^производственных экспериментов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Изложена на 152 страницах

машинописного текста, содержит 31 рисунок, 21 таблицу и список литературы из 92 наименовании.

В перкой г лаве дается обзор научно-технической литера-ауры по газовыдслениям с калийных рудниках, проводится кри-тичссктш анализ способов проптоза газодинамических явлений п мер борьбы с газозыделешьчми, обосновываются цели и задачи исследований. Вторая глава посвящена разработке методов прогноза: га«»насыщенных зон гго химическому составу пород и отдельных газовыделений по метеорологическим факторам. В третьей главе приводятся результаты натурных исследований газовой динамики выемочных участков. Четвертая глава посвящена физическому моделированию аэрогазодинамических процессов при обрушении основной кровли. В пятой главе рассматриваются результаты применения разработанных методов прогноза. приводится методика расчета критических параметров обрушения п предлагаются способы и средства управления га-'.•овыделенпем ш выработанного пространства на выемочных участках руднике;., IЮ ^Беларуськалий». В заключении обобщены результаты исследовании в соответствии с поставленными задачами и даны общие выводы и рекомендации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные результаты исследовании отражены в следующих защищаемых положениях:

I. Признаком наличия газонасыщенных зон, расположенных неравномерно по площади Старобинского месторождения, служит содержание в породах калийного пласта хлорида магния свыше 0,46 %.

Анализ работ С.С. Андренко, А.Н. Земскова, И.И. Медведева, Н.М. Проскурякова, Г\Д. Поляниной, П.А. Сафрошщко-го, А.А. Черепенникова и др., посвященных вопросам газонос-

мости пород и газовой динамики калийных месторождений, позволяет теоретически обосновать взаимосвязь содержания в породах разрабатываемого пласта хлорида магния, характеризующего степень вторичной перекристаллизации солей, и повышенной частоты газовыделений. Для количественной оценки такой взаимосвязи использован метод корреляционио-регресионного анализа, изложенный в работах A.B. Катаева. В качестве исходных данных использованы результаты бороздового опробования по всей площади Третьего калийного пласта рудника РУ-3, включающие содержание в породах KCl, NaCl, М«СЬ, CaS04, СаСЬ, Br, нерастворимого остатка, п имеющаяся информация по всем зафиксированным газовыделениям.

В результате установлено, что для всех рассмотренных участков месторождения положителен коэффициент парной корреляции двух признаков: содержание хлорида магния и час-гота газовыделений, имеющий следующие значения:

- Северный участок г ~ 0,546;

- Южный участок г = 0,456;

- Западный участок г = 0,56;

- - в.целом по месторождению г = 0,43.

.Сравнением нормального распределения хлорида магния в разрабатываемом пласте н частоты газовыделений по площади шахтного поля графическим методом установлены крипгческие содержания MgCI 2» при превышении которых отмечалась повышенная частота газовыделений. Рассмотрены все случаи газо-выделешш, для которых критическое содержание хлорида магния составляет 0,46 % и случаи газовыделений с коэффициентом неравномерности более 1,86 и превышением допустимой концентрации, для которых критическое содержание хлорида магния составляет 0,68 %. Полученные данные позволили разделить отрабатываемые площади в зависимости от содержания хлорида магния (К) на следующие зоны:

- газоопасные

- угрожаемые

- неопасные

К >0,68%

0,46 < К < 0,68 % К < 0,46 %

Ma основе исследований разработан метод прогноза га-зонасыщеииых зон по содержанию хлорида магния в породах разрабатываемого пласта, составлены прогнозные карты планируемых к отработке шющадеи, разработана программа расчета.

2. Гпзояыделепне из выработанного пространства возрастает при падении барометрического давления н повышении температуры поступающего в лаву воздуха, при этом существует близкая к линейной зависимость между приращением газовыделеиня из выработанного пространства, падением барометрического давления и температурой воздуха.

Проведенный обзор работ А.Н. Земскова, И.И. Медведева. A.A. Мясникова, В.Г. Слюсаренко, A.M. Устинова, G. Fiugge, J. Marcol, К. Winter и др. позволил отметить противоречивость данных и выводов о взаимосвязи между газовыделениями и атмосферными явлениями.

Детальная оценка метеоусловий в районе Старобинского месторождения в сопоставлении со случаями газовыделений на рудниках показала, что определяющим фактором, влияющим на изменение газовой обстановки, является падение барометрического давления. При этом была отмечена различная частота газовыделений в зависимости от времени года.

Установлено, что частота газовыделений более чем в 3 раза выше при падении барометрического давления, чем при его повышении. При скорости падения давления 8 мбарУсутки вероятность газовыделеиня является 75 %, а ЮО-% вероятность наблюдалась при падении давления в сутки на 10 и более мбар. Подобное падение в течение года: может произойти до 17 раз.

Для оценки изменения выявленных зависимостей от времени года были проведены натурные исследования на выемочном участке. Методика наблюдений состояла в регистрации барометрического давления с помощью барографа и периодическом отборе проб воздуха с помощью специально разработанного автоматического пробоотборника на исходящей струе лавы. Одновременно фиксировались температура и скорость воздуха, проходящего в месте замера. Наблюдения производились в различное время года в течение двух лет.

"По соотношению величины измененш барометрического давления и соответствующем изменении газовыделения из выработанного пространства оценивалась связь между ними. Для полного учета всех факторов, влияющих на динамику газовыделений, отмечались обрушения кровли, изменения количества поступающего воздуха и ежесменная добыча лавы.

Методика обработки результатов заключалась в определении перепадов барометрического давления ДР и соответствующего относительного прироста газовыделения GOTU которые рассматривались как координаты точек, нанесенных на график. В результате для различных периодов года получены лилейные уравнения, описывающие зависимость относительной величины изменения газовыделения из выработанного пространства от перепада барометрического давления.

На основе полученных зависимостей разработан метод прогноза газовыделений по изменению метеорологических факторов. Его сущность заключается в определении величины приращения газовыделения из выработанного пространства лавы в зависимости от падения барометрического давления и температуры поступающего в лаву воздуха. За критическую величину приращения газовыделения принято соотношение Gam £ 0,86, соответствующее превышению коэффициента неравномерности

газог.ыделення ( К= 1.86 ). Величина падения барометрического давления., определенная относительно этой величины и соотпетствуюшей температуры воздуха, также рассматривается как критическая.

С целью упрощения контроля за изменением барометрического даздения разработан опытный образец аппаратуры ба-роконтроля на базе барографа Л4Д-22Е, способный подавать прелупрелительный сигнал'Яри превышении установленной на приборе критической величины падения давления.

3. Объем газа, поступающего из выработанного пространства в рабочую зону лав, определяется как функция от параметров обрушения основной кровли, мощности обрушенной непосредственной кровли, площади сечения прилегающих выработок и зависит от конфигурации и г>осдедскателъности обрушения.

Анализ работ Л.Г. Лонцянского. К.З. Ушакова, А.Н. Ха-нукаева и др. позволил разделить процесс истечения газа из выработанного пространства при обрушении основной кровли на три основные стадии: }) момент отрыва воздушной волны от обрушающихся пород; 2) движение потока через породный слой под действием динамического напора; 3) движение потока по выработкам под действием статического напора. Приведенные в работах A.A. Гурияя, С.И. Литовского, А.Ф. Милетича, Е.Г. Морозова. Д.И. Насонова уравнения движения газовоздушной смеси позволили установить, что первые две стадии характеризуются инерционным, а третья - вязкостным режимами движения воздушных потоков. В результате преобразований уравнений, движения, сплошности и граничных условий и приведения их к безразмерному вицу получены уравнения связи, анализ которых позволил сделать вывод о произвольности в выборе множителя подобия.

Для определенш множителя подобия с учетом стадии формирования воздушного потока решены уравнения для натуры и модели, показавшие, что при соблюдении геометрического масштаба моделирования выполняется равенство множителей подобия по характерному размеру и скорости потока, и фундаментальная система параметров содержит три критерия подобия: Эйлера ( Ей), Рейнольдса (Re) и Струхаля (Sh).

Постановка задачи в общем виде с учетом нестационарное™ процесса истечения газа из выработанного пространства позволила выбрать комплексный критерий, в котором числа Ей, Re n Sh подобраны так, чтобы величина скорости потока ( и ) была исключена:

EuRe/Sh = (P/pu2)(ud/v)(u/Nd) = P/ pvN (1)

где: Р - перепад давления, кг/м2;

N - частота перепада давления, 1/с;

v - коэффициент кинематической вязкости воздуха, . м2/с;

р - плотность воздуха,' кг/м3.

•На основании анализа условий постановки задачи показано, что при проведении экспериментов на аэромодели выполнение геометрического, кинематического, временного и динамического подобия достигается соблюдением следующих критериев:

L „ / L м = idem; U „ / U м = idem; Р / р о N = idem (2)

где: L„, LM - характерные геометрические размеры, м;

U „ ♦ U и - характерные скорости движения потока, м/с.; соответственно в натуре и модели.

В лабораторных условиях на модели выемочного участка с прилегающим к нему выработанным пространством исследовались зависимости скорости и времени существования воз-ду! и: ;ого потока вида :

р,и = /(.А,В,ЦЗ,т,Р) (3)

Т=/(и) (4)

где: А, В - ширина и шаг обрушения, м; Ь - расстояние до места обрушения, м; Б - площадь обрушения, м; т - мощность обрушения непосредственной кровли, м; Р - площадь прилегающих выработок, м2; Т- время существования воздушного потока, с. 3 результате обработки полученных данных установлены зависимости в виде степенных функций:

- времени существования воздушного потока от скорости:

Т = 2,76 и0,1 , с; (5)

- объема истечения от площади обрушен;"!:

= 40,34 • 10"5 В °'7 , м3; (6)

- объема истечения от мощности обрушенных пород

и площади прилегающих выработок:

о - 0,0014135 р(0Д-,п)/ 1,26401П , м3 (7)

При этом установлено, что объем поступающего в при-забонное пространство воздуха зависит от последовательности и конфигурации обрушения.

Натурные наблюдения включали определение газового баланса лав, состава атмосферы выработанных пространств и исследование динамики газовыделений в призабойное пространство лав при обрушениях основной кровли. При наблюдениях регистрировались перепады давления, возникающие вследствие воздействия ударной воздушной волны и определялся состав проб, отобранных с помощью автоматического пробоотборника на исходящей струе.

В процессе исследований было зафиксировано 14 обрушении основной кровли. По соотношению величины ДР, параметров обрушения, интенсивности и продолжительности газовыделения из выработанного пространства оценивалась их взаимосвязь. „. .

Анализ полученных результатов показал, что величина перепада давления ДР составила от 1,13 до 5 мм. рт. ст., при этом максимально отмеченная концентрация горючих газов на исходящей струе в 1,32-6,2 раза превышала среднее значение за период наблюдений. Время повышенного газовыделения после обрушения колебалось от 2 до 22 часов, величина абсолютного пр! «роста газовьщеления составляла 0,011 - ОД 8 8 м 3/мин. .

Сравнение представленных в безразмерных координатах зависимостей с учетом" масштаба моделирования показало их удовлетворительную сходимость с результатами натурных наблюдений, при этом максимальное расхождение не превышало 25 % (рис. 1).

5 ОТ».

Рис. 1. Результаты натурных и лабораторных исследований процесса обрушения основной кровли.

1,2,3 - данные моделирования;

о - данные натурных наблюдений.

4; Оптимизация по газовому фактору параметров обрушения достигается определением критического шага и ширины основной кровли, а также средней концентрации горючих газов в выработанном пространстве, что обеспечивает нормализацию атмосферы выемочных участков.

Разработанная методика определения критических параметров обрушения позволяет оценить объем поступающей газовоздушной смеси и концентрацию взрывоопасных газов в > воздухе рабочей зоны лавы при заданных параметрах обрушения. При превышении допустимой концентрации параметры обрушения рассматриваются как критические. Для удобства пользования методикой разработана номограмма (рис. 2). Получена формула расчета количества газовоздушной смеси, поступающей из выработанного пространства:

рв.„. = 0,403 8 0,7г , м3 (8)

где: Э - площадь обрушения, м2;

х - поправочный коэффициент, учитывающий мощ-' ность обрушенной непосредственной кровли и количество прилегающих выработок, г -1,5 - 3.

Необходимое количество воздуха;..дги проветривания выработанного пространства рассчитываетс^ ио формуле:

7 (2= ЮООва/С-С„ , м3/мин. (9)

где: в вп. - абсолютная газообильность выработанного пространства, м3/мин; С п и С - соответственно концентрация газа в посту-пшощей струе и допустимая концентрация газа в выработанном пространстве, %. ;

Рис. 2. Номограмма для определения величины газовыделения и критических параметров обрушения.

На основе формул ( 8 ) н ( 9 ) и номограммы ( рис. 2 ) разработаны рекомендации по оптимизации разупрочнения основной кровли по газовому фактору, заключающиеся в определении интервалов между сериями скважин.

Предложено совершенствование схемы проветривания выемочного участка, заключающееся в проходке сбоек .между основными и разгрузочными штреками с интервалом, равным максимальному шагу обрушения, в результате чего создается сквозное проветривание выработанного пространства и происходит снижение концентрации в нем горючих газов. Проведенные при такой схеме проветривания газовоздушные съемки показали уменьшение газообильности лав на 50-70 % по сравнению с применяемой схемой. При этом установка перемычки на разгрузочном штреке позволила изменять коэффициент утечек воздуха в выработанное пространство от 1,6 до 2,41.

Полученные, результаты позволили корректировать по газовому фактору области применения вариантов проветривания лав с помощью подземных вспомогательных вентиляторных установок С ПВВУ ), внедряемых в настоящее время на рудниках ПО « Беларуськалнй ». -

.Для предупреждения воспламенения горючих газов разработана принципиальная схема устройства, способного при избыточном давлении в момент обрушения отключать электроэнергию на выемочном участке. В лаве и прилегающих выработках определены места установки датчиков, реагирующих на определенный перепад давления от обрушения основной кровли, который рассчитывается, исходя из её параметров.

Разработанные мероприятия, применяемые вместе с предложенными методами прогноза, способствуют повышению безопасности труда путем уменьшения вероятности появления горючих газов во взрывоопасной концентрации в рабочей зоне лав и предотвращения возможности их воспламенения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой закопченную н.а->чную работу, па основании выполненных автором исследовании дано новое решение актуальной научно-практической задачи - создание мотодог. прогнои1, и разработка мер борьбы с газо-выделениямн в калийных рудниках при применении .столбовой системы разработки. Основные научные и практические выоо-ды, сделанные в результате завершенных исследований, заключаются в следующем.

1. Анализ опыта эксплуатации месторождений калийных солей показал, что на всех действующих в нашей стране и за рубежом рудниках имеют место выделения горючих газов, представленных метаном, тяжелыми углеводородами и водородом. Ил Старобинском месторождении, где применяется столбовая система разработки, горючие гады содержатся преимущественно в пшмнето-карналлнтовых пород-.и;, залегающих выше отрабатываемого Третьего калийного пласта п попадающих в зону обрушения.

2. Статней теской обработкой результатов наблюдений в течение более 10 лет установлено, что основным источником газовьщелений является выработанное пространство, на долю которого приходится до 91 % от общего количества обнаружений горючих газов в выработках рудников.

3. Полученные в результате математической обработки данных геологического бороздового опробования и статистических данных по' газовыделениям зависимости позволили разработать метод прогноза газонаськцепных зон по химическому составу пород и предложить разделение отрабатываемых площадей на неопасные, угрожаемые и газоопасиые зоны. Апробирование метода в производственных условиях показало удопле-творительную сходимость с фактическими данными, при этом

прогнозные и фактические значения коэффициентов корреляции отличаются не более чем на 22 %.

4. Разработанный метод прогноза газовыделений по метеорологическим факторам позволил определить относительное приращение газовьщеления из выработанных пространств и изменение концентрации горючих газов на исходящей струе лав в зависимости от величины падения барометрического давления и температуры поступающего воздуха, при этом максимальное расхождение прогнозных и фактических данных не превышает 28%.

5. Шахтными исследованиями по разработанной методике установлено, что в общем газовом балансе выемочного участка основную часть составляет доля газовьщеления из выработанного пространства (от 88 до 98,5 %). Основным компонентом атмосферы выработанных пространств является метан (до 58 %), тяжелые углеводороды и водород составляют десятые доли процента. Среднее содержание условного метана в выработанном пространстве составляет около 40 %.

6. Натурными наблюдениями установлено, что при обрушении основной кровли образуется ударная воздушная волна, сопровождающаяся быстрым ростом давления ( перепад до 5 мм. рт. ст.) и скорости воздушного потока (до 2,56 м/с) в при-забойной зоне лавы и повышением концентрации горючих газов на исходящей струе более чем в 6 раз в течение длительного периода (до 22 часов).

7. Экспериментальными лабораторными исследованиями установлена зависимость количества поступающего в лаву газа от площади, конфигурации и последовательности обрушения, количества и площади прилегающих к выработанному пространству выработок и мощности'обрушенной непосредственной кровли. Получены формулы в виде степенных функций, описывающие установленные зависимости, при этом расхожие-

иие результатов производственных и лабораторных исследовании не превышает 25 %.

S. На основании результатов натурных наблшдешш и моделирования разработана методика, позволяющая определить об кем газовыделений, критические параметры обрушения и рассчитать требуемое количество воздуха, поступающего в выработанное пространстве, по газовому фактору с помощью номограммы. Приведен пример расчета выемочного участка, показывающий возможность применения методики е производственных условиях.

9. Рекомендованные мероприятия по управлению газовыделениями и мерам борьбы с ними включают в себя: заблаговременное и надёжное прогнозирование газовыделений; интенсификацию проветривания выработанных пространств путем совершенствования схем проветривания выемочных участков и корректировка схем с ПВВУ; примените специальной аппаратуры предупреждения взрывов горючих газов; оптимизация параметров разупрочнения основной кровли по газовому фактору.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

1. О распределении газонасыщенных зон по разрабатываемой площади Третьего калийного пласта. -В сб. тезисов докладов отраслевой научно-технической конференции «Проблемы безопасной разработки калийных месторожденшЪ. -Солигорск, 1988, С. 118-121. ■

2. A.c. Nz 1546673, Способ определения газоносности горных пород и устройство для его осуществлешхя. -Бюл, № 8, 1990, -4 с. ( Соавторы: А.Н. Ведении).

3. Особенности процессов газовыделения в длинных •очистных забоях рудников ПО «Беларуськалий». -В сб. тезисов докладов Всесоюзной научно-практической конференции

«Проблемы аэрологии калийных рудников». -Кунгур, 1990, С. 72-74 (Соавторы: А.Н. Веденин, А.Н. Земсков).

4. Газовый баланс выемочного участка при столбовой системе разработки калийных пластов. -В сб. тезисов докладов отраслевой научно-технической конференции «Проблемы безопасной разработки калийных месторождении» -Солигорек, 1990, С. 120-121 (Соавторы: А.Н. Земсков, А.Н. Веденин).

5. Газовыделения в калийных рудниках Старобинского местороисдсния. -В сб. тезисов докладов Международного симпозиума, по проблемам геологии, горной науки и производства. С-П., 1993, С. 58- 61 (Соавторы: И.И. Медведев, А.Н. Веденин).

6. Разработка метода контроля состояния атмосферы добычного участка по изменению барометрического давления. -В сб. тезисов докладов 6 Всероссийской научно-методической конференции «Безопасность жизнедеятельности человека». -Новочеркасск, 1994;, С. 91.

7. Физическое моделирование процессов обрушения основной кровли. -В сб. тезисов докладов 6 Всероссийской научно-методической конференции «Безопасность жизнедеятельности человека». -Новочеркасск, 1994, С. 92.

8.0 газовьщелениях в калийных рудниках Старобинского месторождения. -В сб. «Записки Санкт-Петербургского государственного горного гаституга им. Г.В. Плеханова», т. 139. -С-П., 1994, С. 39-44 (Соавторы: И.И. Медведев, А.Н. Веденин).