Введение к работе
Актуальность проблемы. Основными направлениями угледобывающей промышленности на современном этапе является более полное использование основных фондов действующих шахт, наиболее важным из которых является повышение устойчивости подготовительных выработок. В связи с постоянным усложнением горных работ от решения вопросов поддержания подготовительных выработок в нормальном эксплуатационном состоянии зависит эффективность работы комплексно-механизированных очистных забоев, безопасность труда шахтеров, та к как уменьшение сечения подготовительных выработок ухудшает условия транспортирования н вентиляции в шахтах, что приводит к снижению добычи угля в очистных забоях и резкому снижению безопасности ведения горных работ, особенно на высокогазо-сбильных пластах. При проведении горных выработок изменяется естественное напряженнее состояние массива горных пород, что приводит к деформации пород кровли, почвы и боков. Следует отметить, что характер проявления деформаций горных выработок и их интенсивность часто определяют выбор различного рода мероприятий по их снижению и зависят от физико-механических свойств горных пород, глубины разработки, параметров крепи, характера протекания процессов разрушения боковых пород и т.д.
Как известно, ведение очистных работ вызывает значительные смещения контура подготовительных выработок, что приводит к большим затратам на их восстановление. Наибольшие величины конвергенции приходятся на зоны повышенного горного давления (ПГД). Существующие средства и способы крепления и охраны горных выработок в зонах ПГД не дают ожидаемого результата, так как значительные смещения горных пород в выработке происходят также и впереди очистного забоя, где затруднено возведение искусственных ограждений за исключением применения усиливающих средств крепления в выработке.
Применение же разгрузочных щелей, скважин и т.д. не всегда дают ожидаемого результата из-за малых полостей разгрузки.
Таким образом/изыскание новых техш.ко-технологи-чсских решений в данной области, в частности разработка новых способов активного воздействия на угольный массив с целью снижения интенсивности проявлений горного давления, представляет большой научно-технический интерес. Применение диоксида углерода для этой цели, как показали исследования в представленной работе, оказалось во многом эффективнее существующих методов воздействия. В связи с этим теоретическая, лабораторная и практическая проработка вопроса взаимодействия элементов системы "разрушаемый материал (уголь и порода) - диоксид углерода" при диспергировании угольного пласта с целью повышения устойчивости выработок на весь планируемый эксплуатационный срок их службы является весьма актуальной проблемой.
Цель работы. Повышение устойчивости подготовительных выработок в зонах ПГД посредством диспергирования угольного массива диоксидом углерода.
Основная идея работы заключается в управлении состоянием горного массива методом диспергирования угольного пласта диоксидом углерода.
Реализация результатов работы.
Результаты исследовании внедрены на шахте им. Е.Т.Абакумова ПО "Донецкуголь" при борьбе с пучением пород почвы и на шахте "Заполярная" ПО' Воркутауголь" при пересечении выработкой зон ПГД.
Практическая ценность работы состоит в том, что результаты теоретически обоснованы, испытаны и внедрены.
Разработан способ разупрочнения угольного массива газовым диспергированием в зонах ПГД с целью повышения устойчивости подготовительных выработок. Результаты диссертационной работы включены в отраслевую программу ГК "Рос-уголь" "Разработка способа снижения удароопасности угольного пласта на основе применения диспергирования угля диоксидом углерода", а также в отраслевую программу 0-10' Разработка эффективных способов разупрочнения горного массива и подготовки его к выемке".
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах лабораторий горного давления, контроля и управления состоянием массива; на совместном семинаре отделений горнотехнических проблем и отделения нетрадиционных способов добычи, научно-техническом со-
вете ПО "Воркутауголь", на научно-техническом совете шахты им. Е.Т.Абакумова.
Методы исследований включают в себя анализ и обобщение научно-технической литературы по рассматриваемым вопросам, аналитические и экспериментальные исследования процесса диспергирования в лабораторных и производственных условиях с использованием физико-химических методов и метода моделирования физико-химических процессов в лабораторных условиях, обработку данных методами математической статистики.
Научная новизна:
установлены закономерности взаимодействия диоксида углерода с угольным массивом, заключающиеся в превалирующей адсорбции С02 на оксидах щелочных металлов;
установлен критерий оценки снижения прочности угля после воздействия СС>2 и его влияние на прочностные и деформационные характеристики горного массива, позволяющий оценить пригодность шахтопласта к воздействию на него диоксидом углерода.
разработаны технологические параметры способа разупрочнения угля при диспергировании его диоксидом углерода.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительным объемом эксперимента, выполненного на углях с различными физико-химическими характеристиками поверхности, сходимостью аналитических результатов с экспериментальными данными.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 брошюры.
Объем и структура работы. Диссертационная работа объемом 210 страниц машинописного текста состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит40 рисунков, 15таблиц, список литературы из 74 наименований и 7 приложений.
Автор благодарен за научные консультации кандидатам технических наук О.А.Эделыптейну и А.В.Джигрину.