Введение к работе
Актуальность проблемы." Иа Старобпнском месторождении калийных солей при переходе от камерно-столбовой к столбовой системе разработки основную роль в формировании газової! обстановки на выемочных участках играет выработанное пространство, на долю которого приходится свыше 90 % от общего количества зафиксированных па рудниках газовыделе-, нпн. Аэродинамическая связь прнзабойиых участков лаз с обширными выработанными пространствами способствует поступлению горючих газов повышенной концентрации в рабочие выработки, следствием чего стали взрывы, вспышки н 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 калпнноЛ промышленности из-за специфики горно-геологических и технических условий.
В связи с этим актуальное значение приобретает проблема создания методов прогноза, а также способов и средств управления газовыделепием 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. Айрунн, А.А. Мяс-никова, М.А. Патрушева, Л.А. Пучкова, ИМ Проскурякова, А.Э. Петросяна* И.И. Медведева, А.Ё. Краенрштенш, О. Ушакова, Ф.С. Клебанова, О.В. Ковалева,В.А. Колмакова/Н.М. Качурина, Ф.Ф. Пермякова, Г.Д. Поляшшоп; Й.Г. Матвиенко, А.С. Кириченко, П.В. Долгова, С.Я. Жихарева, А.Н. Земскова, H.R Мохнрева, С.С. Андрейко, В.А. Смирнова и других ученых., ...... Несмотря на большой объем и определенные успехи исследований, проблема не получила разрешения из-за многообразия факторов, влияющих на динамикугазовьщелений,
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 обрушешшх основной кровли при проектировании вентиляцтш 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 апробирование 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 определения критических параметров обрушения основной кровли по газовому фактору;
разработка способов управления газовыделениями и мер борьбы'с.ними'при столбовой системе выемки калийных пластов.
Гїії'учїїПіт ііопіізіїп работы заключается в следующем:
- обоснована зависимость частоты газовыделений от со
держания хлорида магния в породах газонасыщенных зон;
- установлены закономерности формирования газовой
обстановки в гтризпбойном пространстве лав в зависимости от
параметров обрушсшш основной кровли, концентрации горю
чих газов в выработанном пространстве, объема призабейпой
зоны и площади прилегающих выработок.
Основные защищаемые научные положения.
-
Признаком наличия газонасыщенных зон, расположенных неравномерно по гшощади Старобинского месторождения, служит содержание в породах калийного пласта хлорида магния свыше 0,46 %. .
-
Газовыделеиие из выработанного пространства возрастает при падении барометрического давленій и повышении 'температуры поступающего в лаву воздуха, при этом существует близкая к линейной зависимость между приращением газо-выделения из выработанного пространства, падением барометрического давления и температурой воздуха. ' '
-
Объел: газа, поступающего из выработанного пространства в рабочую зону лав, определяется как функцій от параметров обрушения основной кровли, мощности обрушеїшой непосредственной крозли, площади сечения тірилегающих выработок и зависит от конфигурации и последовательности обрушения.
-
Оптимизация по газовому фактору параметров обрушения достигается определением критического шага и ширины основной кровли, а также средней коїщеіпрации 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 I] рекомендации обеспечивается использованием современны* 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 «Беларуськалпй».
Практическая значимость работы. В результате вы полненных научных исследований предложены научно обосно ванные технические и технологические решения, применяемьк при столбовой системе разработки калийных пластов:
- на оенрве выявленной зависимости частоты газовьвделе шш-от содержания хлорида магния в породах III калийного пла ста разработан метод прогноза газонасыщенных зон по химиче скому составу пород;
согласно полученной зависі шоста приращения газовы деления из выработанного пространства от падеш ш барометри ческого давления и температуры воздуха разработан метод про пюза газовыделений по метеорологическим факторам;
в результате установленных закономерностей форми рования газовой обстановки в призабойной зоне лав разработан методика расчета критических параметров обрушения, на баз которой предложены способы и средства управления газовьще лештем из выработанного пространства..
Реализации результатов работы. На руднике РУ-3 ПО «Беларуськалпй» использованы методы прогноза, разработанные и диссертации, при отработке перспективных площадей месторождении. Принятая «Методика расчета газообнль-ностм лав...» используется в качестве основы при производстве газовых съемок на рудниках. Материалы, полученные на основании результатов исследовании, приведенных в работе, учтены при составлении «Правил безопасности при разработке подземным способом соляных месторождении республики Беларусь», а также ((Инструкции по расчет}' количества воздуха, необходимого дая проветривания рудников», которая вошла в раздел 7 «Нормативных методических документов по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей» (Минск, 1995,-110с).
Личный вклад автора:
анализ научно-технической литературы и материалов но случаям газовыделений в калийных рудниках и постановка па основании их обобщения целей и задач исследований;
проведение натурных наблюдений за газовыдслеииямн в калийных рудниках ПО «Беларуськалпй» и обработка полученных результатов;
научное обоснование н разработка методики экспериментальных исследовании в лабораторных и натурных условиях закономерностей формирования газовой обстановки в рабочей зоне лав;
разработка методов прогноза и мероприятий по управлению газовыделением на выемочных участках рудников ПО ((Беларуськалпй».
Апробация работы. Основные" положения работы в целом и 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 калий-ных рудников» ( г. Кунгур, 1989 г. ); Отраслевых научно-технических конференциях «Проблемы безопасной разработки калийных месторождений» (г. Солигорск, 1988-1990 гг.); Международном симпозиуме по проблемам геологии, горной науки и производства (г. Санкт-Петербург, 1993 г.); б Всероссийской научно-методической конференций «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 опуб; ликоваиы 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 советы 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 и производственных экспериментов.
Объем и структура работы. Диссертащш состоит из введения, пяти глав и заключения. Изложена на 152 страницах
машинописного текста, содержит 31 рисунок, 21 таблицу и список литературы из 92 наименований.
3 первой главе дается обзор паушо-технической литературы по газоаыделениям в калийных рудниках, проводится критический анализ способов прогноза газодинамических явлений и мер борьбы с газозыделенплмн, обосновываются цели и задачи исследований. Вторая глава посвящена разработке методов прогноза: га ^насыщенных зон но 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-зовылеленпем из выработанного 'пространства на выемочных участках руднике., І Ю иіїеларуськалнй». В заключении обоб-щены результаты исследований в соответствии с поставленными задачами и даны общие выводы и рекомендации.
