Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Современное состояние изученности вопроса 9
1.2 Горногеологические и горнотнхнологические условия разработки угольных пластов на шахтах Кузбасса 22
1.3 Выбор метода исследований 26
ГЛАВА 2 Исследования напряженно-деформированного состояния целиков и краевой части пласта 32
2.1 НДС угольного пласта по данным геофизических исследований 32
2.1.1 Методика проведения геофизических исследований 32
2.1.2 Результаты исследования НДС угольного пласта по данным геофизических исследований 37
2.2 Исследование НДС угольного пласта по выходу буровой мелочи из прогнозных шпуров 49
2.2.1 Методика проведения исследований 49
2.2.2 Результаты исследования НДС угольного пласта по выходу буровой мелочи 51
2.3 Экспериментальные исследования прочностных и деформационных свойств угля 58
2.3.1 Методика определения показателей паспорта прочности горных пород: 58
2.3.2. Результаты определения показателей паспорта прочности угля 64
ГЛАВА 3 Моделирование напряженно-деформированного состояния массива под влиянием очистных работ 68
3.1. Моделирование напряженно-деформированного состояния участка ведения горных работ на пласте шахты «Таллинская Западная-1» 69
3.1.1. Постановка задачи 69
3.1.2. Результаты численного моделирования 74
3.2. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива при отработке выемочных участков системой длинными столбами по простиранию 78
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Результаты численного моделирования 80
3.3. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива с поэтапным приближением забоя лавы к передовой выработке 93
3.3.1. Постановка задачи 93
3.2.1. Результаты численного моделирования 94
ГЛАВА 4 Сопоставление результатов расчетных и экспериментальных исследований и разработка рекомендации по выбору параметров межштрековых целиков 102
4.1. Обоснование безопасного состояния сопряжения между забоем лавы и вентиляционным штреком 102
4.2. Обоснование оптимальных параметров профилактических мероприятий в сложных условиях разработки удароопасных угольных пластов 108
4.3 Прогноз и оценка удароопасности угольных пластов 116
4.4. Обеспечение устойчивости подготовительных выработок на угольных шахтах 123
Основные выводы по работе 129
Список литературы 131
- Горногеологические и горнотнхнологические условия разработки угольных пластов на шахтах Кузбасса
- Результаты исследования НДС угольного пласта по данным геофизических исследований
- Моделирование напряженно-деформированного состояния массива при отработке выемочных участков системой длинными столбами по простиранию
- Обоснование оптимальных параметров профилактических мероприятий в сложных условиях разработки удароопасных угольных пластов
Введение к работе
Актуальность работы.
Проблема обеспечения безопасного состояния подготовительных выработок, охраняемых целиками, на угольных шахтах России, несмотря на многочисленные исследования в этой области, остается актуальной. От ее успешного решения во многом зависят объемы добычи угля, рентабельность и безопасность работы угольных предприятий, так как в сложных условиях отработки удароопасных пластов обеспечение безопасного состояния горных выработок и целиков является сложной технической задачей.
Вопросами безопасного состояния подготовительных выработок и целиков при разработке удароопасных угольных пластов занимались многие исследователи. Существенный вклад в решение этой проблемы внесли С.Г. Авершин, К.А. Ардашев, Н.П. Бажин, Я.А. Бич, Ф.П. Бублик, Ф.Н. Воскобоев, И.Е. Долгий, С.Я. Жихарев, В.П. Зубов, О.И. Ковалев, А.М. Линьков, О.И. Мельников, И.М. Петухов, В.С. Сидоров, В.Д. Слесарев, А.К. Черников и ряд других ученых. Значительных успехов добились исследователи ряда зарубежных стран (О. Якоби, Г. Эверлинг, Х. Хервик, Г. Браунер, А. Бетчлор и др.).
По действующим нормативно-методическим документам на пластах, склонных к горным ударам, опасная зона – это участок массива, в пределах которого при ведении очистных работ требуется дополнительные меры безопасности, требующие значительных затрат, что существенно снижает скорость подвигания лавы и объем добываемого угля.
В настоящее время на шахтах Кузбасса, разрабатывающих склонные к горным ударам пласты, широко используется система разработки длинными столбами по простиранию с охраной подготовительных выработок целиками. Высокая газоносность пластов требует дополнительного проветривания лавы, которое осуществляется с помощью передовых выработок, пересекающие отрабатываемый участок. В процессе перехода лавой передовой выработки формируется опасная зона с возможными динамическими проявлениями горного давления.
Профилактические мероприятия по предотвращению динамических проявлений горного давления должны определяться с учетом напряженно-деформированного состояния массива между лавой и передовой выработкой. Поэтому, для повышения безопасного состояния подготовительных выработок вблизи очистных работ актуальной является задача определения параметров охранных целиков, оптимальной глубины разгрузочных скважин и расстояния между ними, буримых со стороны передовой выработки.
Цель диссертационной работы. Определение оптимальных параметров охранных целиков для обеспечения безопасного состояния подготовительных горных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов, склонных к горным ударам.
Идея работы: Безопасное состояние подготовительных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов осуществляется за счет оптимальной ширины межлавного целика и рациональных параметров профилактических мероприятий, проводимых для разгрузки массива бурением глубоких скважин со стороны передовой выработки.
Основные задачи исследования:
изучение особенностей системы разработки на удароопасных угольных пластах Кузбасса;
проведение геофизических исследований проявлений горного давления на участках ведения горных работ;
создание геомеханической модели деформирования горного массива в зоне влияния очистных работ;
определение параметров охранных целиков для обеспечения безопасного состояния подготовительных выработок в сложных условиях разработки удароопасных угольных пластов.
Методы исследований.
Обоснование задач исследований; теоретические исследования напряженно-деформированного состояния массива вокруг подготовительных выработок и целиков; лабораторные исследования прочностных и деформационных свойств образцов угля; математическое моделирование напряжённо-деформированного состояния массива вокруг подготовительных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов; натурные исследования в шахтных условиях, в частности, геофизические исследования краевой части удароопасных пластов.
Научная новизна работы:
Определены величины и выявлены закономерности распределения напряжений в окрестности подготовительных выработок с учетом размеров зон неупругих деформаций и ширины межлавного целика.
Определены параметры напряженно-деформированного состояния в опасной зоне пласта в зависимости от ориентации передовой выработки относительно забоя лавы.
Защищаемые научные положения:
-
Параметры напряженно-деформированного состояния целиков и массива в окрестности подготовительных выработок должны определяться, в основном, размерами зон обрушения горных пород при ведении очистных работ.
-
Безопасные размеры межлавного целика определяются критериями его несущей способности и удароопасности с учетом напряжений, возникающих на участках сопряжений лавы с вентиляционным штреком.
-
Ширина участка и расстояния между разгрузочными скважинами при обработке массива со стороны передовой выработки определяются величиной остаточного и временного опорного давления и её ориентацией относительно забоя лавы.
Практическая значимость работы: Рекомендации по данной работе вошли в «Методическое руководство по порядку и контролю безопасного ведения горных работ в опасных зонах при высоких скоростях проходки подготовительных выработок и ведения очистных работ на шахтах ОАО "СУЭК-Кузбасс".
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается значительным объемом экспериментальных натурных наблюдений за состоянием краевой части пласта и деформациями породного контура выработок, исследованием прочностных и деформационных характеристик угля, моделированием напряженно-деформированного состояния массива.
Апробация диссертации. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2009); ежегодных конференциях молодых ученых и студентов СПГГУ «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009-2010 г.г.) и научно-техническом совете СПГГУ.
Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований, участии в проведении и анализе натурных исследований, обработке полученных данных на ЭВМ, создании конечно-элементных моделей для исследования особенностей напряженно-деформированного состояния массива, выполнении численных экспериментов и разработке практических рекомендаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 81 наименований, 86 рисунков и 9 таблиц.
Горногеологические и горнотнхнологические условия разработки угольных пластов на шахтах Кузбасса
Участок «Таллинский Западный-1» расположен на территории Прокопьевского района Кемеровской области в центральной части Ерунаковского геолого-промышленного района Кузбасса и является частью Таллинского и Северо-Талдинского каменноугольных месторождений (северозападная часть Таллинского и юго-восточная часть Северо-Талдинского месторождений). Участок «Таллинский Западный-1» имеет статус горного отвода и предлагается к отработке открытым и подземным способами. По сложности геологического строения участок недр относится к первой группе по классификации ГКЗ.
В границах участка находятся четыре угольных пласта: 69, 68, 67 и 66. Пласты угля мощные: пласт 69 - от 6,2 м до 9,3 м (в среднем 7,8 м), пласт 68 - от 5,5 м до 6,5 м, пласт 67 - от 4,2 до 4,5 м, пласт 66 — от 3,52 до 4,58 м; относительно выдержанные с углами падения от 3 до 23; сложного строения: количество породных прослоев колеблется от 1-3 (пласт 67) до 8-10 (пласт 69). Расстояние между угольными пластами 25 - 55 м.
Природная газоносность угольных пластов невысокая. Верхняя граница метановых газов залегает на глубине 220-240 м от дневной поверхности. На горизонте +200 м (абс.) метаноносность достигает 3 - 4 м /тс.б.м., на максимальной глубине отработки (гор. 0 м) метаноносность достигает величин 10 - 13 м /тс.б.м. Отрабатываемый в настоящее время пласт 68 находится выше границы метановой зоны. По газу шахта относится к I категории.
Максимальный водоприток в горные выработки составит 220 - 240 м /час. Возможны эпизодические, резкие увеличения притоков из подработанных трещин, имеющих скопление воды (до 1,5 - 2,0 кратного).
Угли энергетические марки Д. Средние значения зольности угля (с учетом засорения породными прослоями) по пластам изменяется от 9,5 % до 17,1 %, выход летучих веществ - от 35,8 % до 37,5 %, содержание серы по средним значениям составляет 0,29 % - 0,43 %, низшая теплота сгорания рабочего топлива 26,3 - 27,2 МДж/кг.
По геологическому положению участок «Таллинский-Западный-1» расположен на стыке Таллинского и Северо-Талдинского месторождений Ерунаковского района Кузбасса, в переходной зоне от Присалаирской линейной складчатости к центральной, характеризующейся крупными пологими брахискладками с различно ориентированными осями.
Границами участка являются: - на севере - выход почвы пласта 66 под наносы; - на западе и юго-западе - выход почвы пласта 67 под наносы; - на юге - граница целика под обогатительную фабрику; - на востоке - геологическое нарушение IV. - глубина отработки - почва пласта 66-65. Площадь участка 869,6 га. К отработке подземным способом предлагаются угольные пласты 65 - 66, 67 и 68, открытым - пласт 69. В гранитцах участка находятся четыре угольных пласта: 69, 68, 67 и 66. Расстояние между угольными пластами 25-55 м. Геологические данные отчетливо указывают на сравнительно невысокие прочностные свойства углей исследованных пластов, а с учетом того, что по своим качественным характеристикам и степени метаморфизма угли остальных пластов участка аналогичны исследованным, то следует и по ним ожидать приблизительно такие же параметры физико-механических свойств. Горно-геологические условия отработки, запасов угля подземным способом целиком зависят от поведения боковых вмещающих пород в горных выработках - от устойчивости кровли и почвы угольных пластов, которая, в . свою очередь, обусловлена их физическим состоянием и крепостью, т.е. физико-механическими свойствами. Прогнозирование горно-геологических условий является- одной из основных задач разведки, выполняется по результатам лабораторных исследований горных пород, проводимых в процессе геологического изучения объекта. Для чего в геологоразведочных выработках отбирались образцы пород и подвергались испытаниям в лабораторных условиях. Учитывая литологический состав, генетическую принадлежность и физическое состояние все горные породы участка можно разделить на 4 группы: - рыхлые четвертичные отложения; - не затронутые выветриванием горные породы; - выветрелые горные породы; -горные породы особого состава и состояния - «горельники». Непосредственная кровля пласта мощностью 4 — 8 м представлена мелкозернистым трещиноватым алевролитом, крепостью / = 2 - 4. Основная кровля пласта - песчаник трещиноватый, средней обрушаемости, (/ = 5 - 6), мощность 25 - 30 м. Пласт слабообводнен. Водоприток составляет до 25м /час. Пласты угля относительно выдержанные с углами падения от 3 до 15, на выходах западного крыла до 40.Подготовка и отработка пласта производится с охраной спаренных выемочных штреков постоянными целиками угля и проветриванием кутка лавы. Характеристика схемы: - способ подготовки шахтного поля - панельный; - подготовка пласта - пластовая; - система разработки - длинными столбами по простиранию с погашением штреков за лавой; порядок отработки выемочных участков - нисходящий, последовательный; - схема проветривания выемочного участка - возвратноточная с отсосом MB С из кутка лавы; - способ охраны основных выработок - целиками угля. Схема приведена на рисунке 1.5, где указаны параметры системы разработки длинными столбами по простиранию.
Результаты исследования НДС угольного пласта по данным геофизических исследований
При постоянных: частоте переменного тока f (в данном случае рабочая частота: равна 250 кГц), расстояние R между излучателем и приемником, ориентации антенн - характер распределения: амплитуды магнитной составляющей поля зависит от распределения электрических свойств в прилагающей к выработке зоне углей и вмещающих пород. Зона расположена в средней части интервала между антеннами и в сравнительно однородной по электрическим свойствам среде ограничена по объему кольцевым слоем размером ОЛЯ по длине выработки и от «а» до 0.5R по радиусу. Здесь «а» -половина поперечного размера выработки, например, высоты. Основное влияние на показания оказывают электрические свойства на расстоянии 0AR от оси установки. Например, в выработке высотой 4м при ведении ДЭМП установкой XX размером і?=10м изучают свойства углей (пород) на глубинах от h=0 до h= Зм от контура выработки, при основном влиянии свойств углей на расстоянии 2м от контура, за пределами зоны отжима.
В модификации XX поле излучателя относительно равномерно распределяется в направлении бортов, кровли и почвы выработки. В точке приема регистрируют интегральное поле от магнитных волн, прошедших через горный массив параллельно поверхности выработки с разных направлений. Чем ниже удельное электрическое сопротивление пород, тем больше поглощение поля излучателя и ниже сигнал в приемной антенне. Преимуществом варианта XX является слабая зависимость компоненты Ахх от влияния, проложенных вдоль выработки металлоконструкций и коммуникаций.
Возрастание нагрузок в максимуме опорного давления, сопровождается» уплотнением углей, улучшением токопроводящих путей и снижением удельного электрического сопротивления углей (ру) по сравнению той же характеристикой в нетронутом массиве. В приконтурной части выработки (на глубинах 1-Зм), где под действием опорных нагрузок происходит разрушение углей, (ру) выше, чем в нетронутом массиве. Электрические свойства углей в приконтурной части выработки являются достаточно чувствительным индикатором изменения- нагрузок в зоне опорного давления - если нагрузки растут, то увеличивается ширина приконтурной зоны неупругого деформирования и разрушения углей, а удельное электрическое сопротивление углей в ней возрастает.
В модификации YY поле излучателя ориентировано в направлении бортов выработки (в угольных штреках и забоях лав - по простиранию угольного пласта). Если (ру) выше, чем УЭС вмещающих пород, (/?вм), то магнитное поле преимущественно концентрируется в пласте угля, (по слою- с меньшим поглощением поля). Это обеспечивает относительно большую, по сравнению с полем установки XX, глубину проникновения поля; в. пласт, и большую глубинность изучения свойств.и состояния пласта угля;при одной и той же базе R. Если ру I рвы 2 , то глубина обследования, слоя угля установкой YY выше, чем установкой JOT не менее, чем в 1,3 раза. Например; при R= 10 для=установки YY направленной по слою угля, изучают свойства углей; на глубинах от h=0 до h=4 м от контура выработки, прш основном; влиянии свойств углей на расстоянииЗм от контура;
Излучение установки YY направлено? в оба-бортам выработки (например, угольного штрека). При этом наибольшее влияниеvam измеряемую амплитуду Ауу оказывают свойства углей в направлении- борта; в котором более интенсивно? изменяются , свойства углей- под действием, опорного давления; В? случае если по;одному борту штрека.находите» нетронутый; массив угля; ш по другому - целик между штреками; то» определяющее влияние на показания Ауу оказывает напряженное состояние угля? в? целике: При ведении? наблюдений в; лаве с; механизированной крепью- наиболее; оптимально? использовать ДЛЯЇ обследования массива в забое установку YY. Это особенно важное при больших углах падения- пласта угля; так как в случае применения: установки XX (ось установки по падению пласта) трудно обеспечить в забое лавьъ одинаковую ориентацию плоскостей антенн перпендикулярно; падению слоев, особенно при ручном варианте задания ориентации.
В выработках, пройденных по разным угольным пластам и оборудованных разными типами крепи: различается фоновый уровень магнитного поля (в местах без аномалий горного давления) для установок Ахх и Ауу. Ранее для Кузбасса рекомендовалось в условиях всех шахт использовать для оценки напряженного состояния в краевой части выработок по угольным пластам отношение показателей Ахх/Ауу. Однако по результатам шахтных работ методом ДЭМП в штреках с металлической сеткой на анкерах в кровле и в лавах получено, что фоновый уровень поля установки YY (Ауу ) всегда выше, чем фоновый уровень установки XX (Ахх ). Это затрудняет, а местами и исключает, возможность легитимного применения только отношения Ахх/Ауу для оценки напряженного состояния.
Установлено, что сопоставление показаний компоненты Ахх с ее фоновым уровнем Аххф, а также показаний компоненты Ауу с ее фоновым уровнем Аууф, дает возможность выявить участки зон нарушений и повышенной трещиноватости, а вне этих зон - участков более интенсивного деформирования угля под действием опорных напряжений по возрастанию Ахх (или Ауу) по сравнению с Ахх (или Ауу$). Если зоны трещиноватости (разломы) обводнены, и пересекают как угольный пласт, так и вмещающие породы, то они проявляются в виде аномалий снижения Ахх (или Ауу) по сравнению с Ахх (или Аууф). Для проверки зависимости показаний от условий излучения-приема в, контрольных пунктах производят на одной и той же базе R наблюдения компонент Аху и Ауу (в том числе и лавах). При- нормальных условиях излучения и приема показания этих компонент должны различаться не более, чем на 10%.
Основным методическим приемом выявления изменений напряженного состояния угля вблизи выработок под действием горных работ является-сравнение показаний ДЭМП (в виде распределения по профилю амплитуды поля; или производного от нее параметра), полученных при первоначальном (базовом) замере и при последующих (текущих) замерах в одной и той же подготовительной выработке или при разных положениях забоя - в лаве, по мере ведения горных (очистных) работ.
Различие показаний в текущем и базовом цикле измерений до 10% (т.е. в пределах погрешности измерений) соответствует стабильному состоянию массива. Если при базовом измерении выявлены аномалии (отклонения от нормального уровня поля более чем на 20%) показателей ДЭМП, то их относят к зонам изменения строения и структуры угольного пласта и вмещающих пород. Обычно при последующих наблюдениях эти аномалии сохраняют свое положение по месту. При пересечении профилем участков с неоднородным строением и структурой угля (пород), например, зон повышенной трещиноватости, характер изменения амплитуды становится резко переменным.
На фоне базовых показателей выделяют текущие аномалии, вызванные изменением напряженного состояния и свойств угля. Если по данным повторных измерений на профиле обнаружен участок протяженностью больше 2-х поперечных размеров выработки, на котором параметр изменился более, чем на 10% относительно базового, причем снизился, то считают, что напряжения в зоне опорного давления возросли. Если параметр повысился, то считают, что в краевой части произошли необратимые деформации, а напряжения в краевой части снизились.
Моделирование напряженно-деформированного состояния массива при отработке выемочных участков системой длинными столбами по простиранию
В соответствии с классификацией Бураковского ВИ. (1984), по тяжести послеоперационного лечения больные разделены на три группы: первую группу составили пациенты без клинических проявлений сердечной недостаточности (22 больных); вторую - 23 человека с компенсированной формой сердечной недостаточности, поддающейся медикаментозной терапии; третья группа больные с необратимым кардиогенным шоком (11 пациентов).
Больные первой группы в раннем послеоперационном периоде не требовали назначения симпатомиметической поддержки. Артериальное давление было нормальным, сердечный индекс соответствовал 2,8+0,8 л/мин/м2.
Больным второй группы в раннем послеоперационном периоде назначались с целью поддержания адекватного сердечного выброса и артериального давления симпатомиметические средства, адреналин в дозе от 0,05 до 0,5 мкг/кг/мин, допмин от 4 до 14 мкг/кг/мин. Сердечный индекс равнялся 2,2±0,6 л/мин/м2, величины артериального давления при введении симпатомиметических средств были нормальными.
У больных третьей группы в ближайшем послеоперационном периоде развился кардиогенныи шок, конценфация вводимого адреналина достигла более 0,5 мкг/кг/мин, допмина более 20 мкг/кг/мин, сердечный индекс снижался до 1,8±0,5 л/мин/м Изучая сократительную функцию миокарда правого желудочка и функцию расслабления, мы старались из всего обилия индексов, предложенных для их оценки, отобрать только те, которые по данным отечественной и зарубежной литературы отражают их наиболее точно и емко. На сегодняшний день исследователи не располагают непогрешимыми критериями оценки функции сократимости и расслабления миокарда, а также интрамиокардиального кровотока (Сандриков В.А. и соавт., 1995, 2000, Селиваненко ВТ и соавт, 2000, 2001; Schretel F.R., 1998; Spiegel Т. et al., 1998). Поэтому часто появляются сообщения, смысл которых сводится к критике или доказательству достоинства или преимущества того или иного индекса.
Для определения объема циркулирующей крови и сердечного выброса использовали метод разведения красителя (синий Эванса) который широко используется в клинической практике (Крамер B.C., Алекси-Месхишвили В В., 1961; Стручков В.Н. и соавт., 1960; Родионов Ю.Я., 1966 Соколов С.С., Васильченко Т М , 1968). Исследования больных проводили в условиях основного обмена за день до операции Повторные исследования - через 3 часа после операции, затем в конце первых, вторых, третьих, а при необходимости, пятых, десятых и пятнадцатых суток после операции Для наблюдения за гемодинамикой больных в раннем послеоперационном периоде в правые отделы сердца вводили катетеры из поливинилхлорида или полиэтилена с атромбогенными присадками Диаметр просвета катетеров от 0,8 до 2 мм длина 30- 50 см Длительность пребывания катетера в правом сердце от 3 до 15 суток Катетеры эластичны, биологически неактивны, несмачиваемы, апирогенны и атромбогенны Б дучи мягкими и зластичными, они не препятствовали движениям больных, которые ходили Техника катетеризации В операционной выделяли одну из поверхностных вен плеча, периферический конец перевязывали шелковой лигатурой Вену рассекали и в просвет вводили катетер Проведение катетера в правый желудочек контролировали на основании кривой давления. Фиксацию катетера осуществляли одной из лигатур кожного шва. После исследования просвет катетера заполняли физиологическим раствором и запаивали. Затем заворачивали в стерильную салфетку и фиксировали к коже предплечья. При работе с катетером тщательно соблюдали правила асептики. Запись кривых давления. Первую запись кривой давления производили через 2—3 часа после перевода больных в послеоперационную палату, последующие — синхронно с определением сердечного выброса и объема циркулирующей крови В большинстве случаев кривые давления регистрировали только в первые трое суток, г е в период, когда состояние больных бывает наиболее тяжелым и необходим постоянный контроль состояния сердечно- сосудистой системы, экстренная оценка патофизиологических сдвигов и своевременная коррекция возникающих осложнений При выявлении скрытой недостаточности миокарда запись кривых давления производили несколько раз в сутки Регистрацию кривых давления производили с помощью тензомегрических датчиков фирмы Сименс» (ФРІ), укрепленных на калибровочной сгойке и установленных на уровне передней подмышечной линии больного Регистрировали кривые на аппарате «Мингограф-82» (фирма «Сименс», ФРГ), синхронно с лскіро- и фонокардиограммой на скорости 25, 50, 100 мм/с Прибор калибровали перед каждым исследованием Система трехходовых кранов и полиэтиленовых трубок была строго герметична, что позволяло исключить демпфирование кривых из-за попадания пузырьков воздуха в просвет камеры датчика. Расчет кривых внутрижелудочкового давления и определение показателей, характеризующих функциональное состояние сердца, производили по схеме, предложенной В Л Карпманом (1965) другие производные показатели рассчитывали по общепринятым формулам (Савельев ВС, 1961)
Обоснование оптимальных параметров профилактических мероприятий в сложных условиях разработки удароопасных угольных пластов
Диаграммный метод позволяет исследовать желудочково-артериальное сопряжение с точки зрения артериальной системы (т.е. иостнагрузки) и с точки зрения сердца (т.е. желудочка), как насоса (Burkhoff D., Sagawa К. et al., 1986; Santamore W.P., Dell Italia L.J., 1998; Sunagawa K. et al., 1991). Определяли оптимальную постнагрузку как постнагрузку, которая извлекает максимальную наружную работу из данного сердца при фиксированной преднагрузке, оптимальное сердце, как сердце, которое требует минимум кислорода для поддержания фиксированных потребностей. Конечно-систолическое давление-объем отношения (КСДОО) довольно линейно и относительно нечувствительно к изменениям нагрузки (рис. 7). Наклонная КСДОО представляет собой конечно-систолическую упругость Ees, которая является упругим свойством желудочка в конце систолы и является показателем инотропии (Sasayama S , Suga Н , 1991)
Так же как для желудочка, характеризовали механические свойства системы постнагрузки в терминах зависимости Pes-SV (рис 7), сердечный выброс сохраняет равновесие, когда две системы сопряжены и графически определяются точке пересечения между желудочковой зависимостью Pes-SV и артериальной зависимостью Pes-SV (рис 7) С этой целью Sunagawa К и соавт (1986, 1990), предложили концепцию эффективной артериальной упругости (Еа), которая была определена как і ношение конечно-систолического давления к ударному объему - Ea=Pes/SV. Таким образом, конечно-систолическое давление артериальной системы выражается как - Pes=EaSV. Рассматривая конечно-систолическое давление как близкое среднему артериальному давлению, предыдущее уравнение можно представить - Pes=(R/T)SV, где R - артериальное сопротивление, Т -длительность сердечного цикла. Поэтому может рассматриваться как Ea=R/T. Отметим, что эффективная артериальная упругость линейна и прямо пропорциональна артериальному сопротивлению и обратно пропорционально длительности сердечного цикла. Она не строго соотносится ко всем физическим упругим свойствам артериальной системы
Характеризуя желудочковую и артериальную системы в терминах Pes-SV зависимости (рис 7)., можно определять сердечный выброс в точке пересечения между двумя Pes-SV зависимостями Из предыдущих формул сердечный выброс может быть представлен как SV (Ees/(Fa+Fs))x(Ves-Vo) Таким образом, концепция желудочково-артериальною сопря кения способна предсказывать ударный объем, что делает возможным представлять функцию желудочка и артериального русла в терминах Pes-SV зависимости (Burkhoff D, Sagawa К, 1986) Так как наклонная ггих зависимостей имеез измерение в виде объемной упругости (ммртст/мл), необходимо относиться к артериальной камере как эластичной камере с определенной величиной объемной упругости (Fa), а так же рассматривать желудочек с конечно-систолической упругостью (Ees)
Схематическое представление сопряжения ПЖ и артериальной системы Желудочковое конечно-систолическое давление- объем отношение линейное и характеризуется наклонной и объемом из точки пересечения Vo Давление- объем площадь (РУЛ) равна сумме внешней работы (SW) и потенциальной энергии (РЕ) Эффективная артериальная упругость (Еа) сопряжена с желудочком в точке пересечения между tes и Ьа линиями Сердечный выброс определяется в точке пересечения между двчмя Pes-SV гависимостями Сердечный выброс может быть представлен как
Определяїь ошимальную постнагрузку следует, как постгнагрузку при которой внешняя работа желудочка становится максимальной С концепцией желудочково-артериального взаимодействия, внешняя работа (EW) для нормальною сокращения изгнания может быть приблизительно равна Дифференцируем формулу, когда EWmax и Ea Ees, получаем Концепция желудочково-артериального сопряжения делает возможным оценку максимальной внешней работы как оптимальную артериальную упругость, когда конечно-систолическая упругость известна. Таким образом, определять оптимальную нагрузку постнагрузку представляется как отношение. В соответствии с предыдущими формулами Qload= 4EaEes/(Ees+Ea)2 Отметим, что Qload изменяет значения от 0 до 1. Qload становится максимальным (равным 1), когда Еа Ees Это состояние когда внешняя работа также становится максимальной Если Qload 0,5, то артериальная упругость извлекает 50% от потенциальной внешней работы производимой желудочком Таким образом, Qload представляет механическую оптимальность желудочка как насоса Suga Н и соавт (1978) продемонстрировали тесную корреляцию межд\ конечно-сисголическим давление-объем площадью (ДОН) и кислородной потребностью (V()2) ( жвивалені метаболических потребностей) Потребность в кислороде га одно сокращение представлена как V02 APVABesC где А,В.С жепериментально установленные константы Данное уравнение устанавливает связь потребности в кислороде к механической работе левого желудочка, которая точно предсказывается исходя из концепции желудочково-артериального сопряжения
Определять показатель оптимальности сердца (Qheart) следует как отношение минимального потребления кислорода V02min к фактической величине потребления (V02), т.е. Qheart=V02min/V02. Qheart варьирует от нуля до единицы. Qheart равный единице свидетельствует, что сердце требует минимум кислорода для поддержания периферических потребностей Qheart представляет метаболическо-механическую эффективность сердца. Сочетание двух указанных индексов позволяло одновременно максимизировать внешнюю работу для данной постнагрузки и снизить потребление кислорода сердцем для поддержания периферических потребностей
